Moduláris korszerű szakmai gyakorlatok vegyipari területre

Moduláris korszerű szakmai gyakorlatok vegyipari területre

Műszeres analitika II/14. évfolyam tanulói jegyzet

A TISZK rendszer továbbfejlesztése – Petrik TISZK TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.

Moduláris korszerű szakmai gyakorlatok vegyipari területre • Műszeres analitika TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

Műszeres analitika II/14. évfolyam tanulói jegyzet

A kiadvány a TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 azonosító számú projekt keretében jelenik meg.

Szerző: Sőre Ferenc, Tihanyi Péter Lektorálta: Vámos István

Borító és tipográfia: Új Magyarország Fejlesztési Terv Arculati kézikönyv alapján

A mű egésze vagy annak részletei – az üzletszerű felhasználás eseteit ide nem értve – oktatási és tudományos célra korlátozás nélkül, szabadon felhasználhatók.

A tananyagfejlesztés módszertani irányítása: Observans Kft. Budapest, 2009. Igazgató: Bertalan Tamás Tördelés: Király és Társai Kkt. • Cégvezető: Király Ildikó

Tartalomjegyzék Bevezetés.............................................................................................................................................................................. 7 Mérési adatok értékelése.......................................................................................................................................... 8 A mérési hiba........................................................................................................................................................................ 8 Valódi és várható érték.................................................................................................................................................... 8 A hibák fajtái................................................................................................................................................................... 8 A szórás........................................................................................................................................................................... 9 Párhuzamos mérési adatok értékelése............................................................................................................................. 9 Mérési eredmény megadása........................................................................................................................................... 10 A relatív hiba................................................................................................................................................................. 10 Kalibráció............................................................................................................................................................................ 10 Egyenes illesztése mérési pontokhoz Excel programmal.............................................................................................. 11 Ellenőrző feladatok............................................................................................................................................................. 12 Optikai mérések elmélete 1...................................................................................................................................... 15 Refraktometria.................................................................................................................................................................... 15 Az Abbe-féle refraktométer........................................................................................................................................... 16 Fotometria – spektrofotometria.......................................................................................................................................... 16 Ultraibolya (UV) és látható (VIS) spektrofotometria.................................................................................................... 17 Fotométer, spektrofotométer.......................................................................................................................................... 17 A Lambert–Beer-törvény............................................................................................................................................... 18 Ellenőrző feladatok............................................................................................................................................................. 18 Optikai mérések gyakorlat 1. ciklus................................................................................................................. 20 1. gyakorlat • Üdítőital vagy szörp cukortartalmának meghatározása refraktometriás módszerrel............ 21 2. gyakorlat • Színezékoldat koncentrációjának meghatározása spektrofotometriás módszerrel................. 23 3. gyakorlat • Acetonoldat abszorpció maximumának és összetételének meghatározása spektrofotometriás módszerrel....................................................................................................... 25 4. gyakorlat • Nitrition meghatározása spektrofotometriás módszerrel........................................................... 27 5. gyakorlat • Kétkomponensű minta fotometriás meghatározása.................................................................... 29 6. gyakorlat • Reakciósebesség fotometriás meghatározása............................................................................... 31 Ellenőrző feladatok............................................................................................................................................................. 33 Optikai mérések elmélete 2..................................................................................................................................... 34 Infravörös spektrometria.................................................................................................................................................... 34 Készülékek..................................................................................................................................................................... 34 A belső standard használata........................................................................................................................................... 36 Fluoreszcens spektrometria (Fluorimetria)........................................................................................................................ 37 A standard addíció használata............................................................................................................................................ 38 Ellenőrző feladatok............................................................................................................................................................. 39 Fotometriás módszer validálása........................................................................................................................ 42

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

3

A validálás fogalma............................................................................................................................................................ 42 Mikor van szükség validálásra?.......................................................................................................................................... 42 Az analitikai módszer teljesítményjellemzői..................................................................................................................... 42 Pontosság, helyesség (Accuracy, Trueness).................................................................................................................. 43 Precizitás, ismételhetőség és reprodukálhatóság........................................................................................................... 44 Szelektivitás, specifikusság, azonosság......................................................................................................................... 46 Kimutatási határ (Detection Limit), meghatározási határ (Quantitation Limit)............................................................ 46 Mérési tartomány, lineáris tartomány............................................................................................................................ 47 Robosztusság, állékonyság (Robustness)...................................................................................................................... 48 Visszanyerési tényező (Recovery)................................................................................................................................. 48 Ellenőrző feladatok............................................................................................................................................................. 50 Optikai mérések gyakorlat 2. ciklus................................................................................................................. 53 7. gyakorlat • Csapadékminta pH-jának fotometriás meghatározása..............................................................54 8. gyakorlat • Minta CaCO3 tartalmának meghatározása belső standard kalibrációval, IR spektrometriásan.....................................................................................................................56 9. gyakorlat • Vas meghatározása tiocianátos módszerrel spektrofotometriásan, standard addícióval......58 10. gyakorlat • Üdítőital kinintartalmának fluorimetriás meghatározása........................................................60 11. gyakorlat • Szerves anyag meghatározása FTIR méréssel............................................................................ 62 12/A gyakorlat • Validálási részfeladat – kimutatási és meghatározási határ..................................................64 12/B gyakorlat • Validálási részfeladat – precizitás.............................................................................................66 12/C gyakorlat • Validálási részfeladat – pontosság............................................................................................68 12/D gyakorlat • Validálási részfeladat – visszanyerés........................................................................................ 70 12/E gyakorlat • Validálási részfeladat – mérési tartomány............................................................................... 72 Ellenőrző feladatok............................................................................................................................................................. 74 Elektrokémiai mérések gyakorlat ................................................................................................................... 76 13. gyakorlat • PH mérés hidrogén érzékeny-üvegelektróddal........................................................................... 76 14. gyakorlat • Jodidiontartalom-meghatározás, jodidérzékeny membránelektróddal, kalibrációs módszerrel...................................................................................................................................... 78 15. gyakorlat • Fluoridiontartalom-meghatározás, fluoridérzékeny elektróddal, kalibrációs módszerrel...80 16. gyakorlat • Karbonáttartalom-meghatározás, hidrogénérzékeny üvegelektróddal, automata titrálón.. 82 17. gyakorlat • Foszforsavtartalom-meghatározás, hidrogénérzékeny üvegelektróddal, sav-bázis titrálással........................................................................................................................................84 18. gyakorlat • Sósavtartalom-meghatározás pufferaddíciós módszerrel.........................................................86 19. gyakorlat • Vastartalom-meghatározás, redoxi titrálással...........................................................................88 20. gyakorlat • Hidrokinontartalom-meghatározás redoxi titrálással..............................................................90 21. gyakorlat • Kénsavtartalom-meghatározás konduktometriás titrálással................................................... 92 22. gyakorlat • Kálium-kloridtartalom-meghatározás a vezetőképesség mérésével........................................ 94 23. gyakorlat • Víztartalom-meghatározás Karl-Fischer módszerrel............................................................... 96 24. gyakorlat • Cinktartalommeghatározás stripping polarográfiásan............................................................97

4

Műszeres analitika • tanulói jegyzet

II/14. évfolyam

Kromatográfiás módszer gyakorlat .............................................................................................................. 99 25. gyakorlat • Minta oldószer tartalmának azonosítása a retenciós idők alapján..........................................99 26. gyakorlat • Minta metanol-etanol tartalmának meghatározása kalibrációs módszerrel........................ 101 27. gyakorlat • Minta-oldószertartalom meghatározása belső standard módszerrel.................................... 103 28. gyakorlat • Minta oldószertartalomának meghatározása addíciós módszerrel....................................... 105 29. gyakorlat • Oszlop minősítése, felbontóképesség és tányérszám mérése................................................... 107 30. gyakorlat • Minta összetevőinek azonosítása tömegspektrometriás detektorral..................................... 109 31. gyakorlat • Minta anion-összetételének azonosítása.................................................................................... 110 32. gyakorlat • Minta aniontartalmának meghatározása kalibrációs módszerrel......................................... 112 33. gyakorlat • Minta szalicilsav-tartalmának meghatározása, kalibrációs módszerrel............................... 114 34. gyakorlat • Parabeneket tartalmazó minta parabentartalmának meghatározása, kalibrációs módszerrel.................................................................................................................................... 116 35. gyakorlat • Minta aminosav összetételének azonosítása............................................................................. 118

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

5

Bevezetés A 14. évfolyamon a laboratóriumi gyakorlatok tartalma műszeres analitika. A kémiai elemzésnek ez az ága ma már nélkülözhetetlen a legkülönbözőbb területeken: vegyszerek ellenőrzése, folyamatok szabályozása, gyógyszerek, élelmiszerek, környezeti minták vizsgálata. Ahol csak lehet, ezeket alkalmazzák előnyeik miatt: objektivitás, gyorsaság, automatizálhatóság. A tanév folyamán megismerkedünk a műszeres analitika főbb ágaival, az elméleti ismereteken kívül gyakorlatokon keresztül is. A tananyagcsomag a tanulói jegyzeten kívül a tananyag megértését, szemléltetését segítő tanári prezentációkat is tartalmaz, amik az iskola belső hálózatáról letölthetők. Ismerni kell a fogalmakat, összefüggéseket és tudni kell ezeket alkalmazni. Ezek ellenőrzésére feladatok találhatók a tanulói jegyzetben. Leírás alapján a méréseket egyedül vagy csoportosan el kell végezni. A vizsgálatról mindenkinek egyénileg jegyzőkönyvet kell készíteni (minta a későbbiekben), amiben minden benne van, ami a mérés megismétléséhez kell. A tanulói jegyzetben a tananyag fontos elemeit, a példákat és a tanulási tippeket különböző ikonok jelölik. Ikon

Jelentés A fejezet célmeghatározása. Figyelmesen olvassa el, így megismeri a fejezet fókuszpontjait! Az ismeretek elsajátítását megkönnyítik a példák. Az ikon mellett érdekességeket, példákat, gyakorlati életből vett esetleírásokat talál.

Az ikon fontos, jól megjegyzendő, megtanulandó ismereteket jelez pl. a mérések elve.

Az ikon mellett olyan gondolatébresztő, kérdéseket, felvetéseket, problémákat talál, amelyek megválaszolásával elmélyülhet a témában. Az ikon a házi feladatot, otthoni munkát jelöli.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

7

Mérési adatok értékelése A témakör célja Ismerje meg az adatfeldolgozás alapfogalmait. Értse a hibák fajtáinak különbségét, összefüggéseit. Tudja a tanult fogalmakat, összefüggéseket önállóan használni az adatai értékelésére. A tanítási egységet befejező tanuló rendelkezzen olyan szakmai készségekkel, képességekkel, szakmai ismeretekkel, attitűdökkel, kompetenciákkal, amelyek lehetővé teszik, hogy a mérési adatokat feldolgozza és dokumentálja.

A mérési hiba Valódi és várható érték Egy kémiai elemzés célja mindig valamely vizsgált anyag egy vagy több komponensének minőségi vagy mennyiségi meghatározása. A valódi értéket abszolút pontossággal nem tudjuk megmérni, csak közelíteni a mérésekkel. Több mérést végezve, az átlag – reményeink szerint – a valódi értéket egyre jobban közelíti. A mért értékek átlaga a várható érték ( x ), ami nem azonos a valódi értékkel: n

x=

∑x i =1

i

n

A hibák fajtái A hiba a valódi és a mért érték eltérése, különbsége. Több párhuzamos mérést végezve a várható érték egyre kevésbé ingadozik, ezt láttuk az előző ábrán. A várható értéket rendszeres és véletlen hibák terhelhetik. Ezek viszonyát mutatja a következő ábra:

1.1. ábra. A hibák fajtái

A véletlen hiba, aminek az okát nem ismerjük, általunk figyelembe nem vett tényezők okozzák. Ilyenek: a hőmérséklet változása, a hálózati feszültség ingadozása, súrlódás, huzat, stb. Ezek ingadozása több mérésnél kiegyenlítődik.

8


II/14. évfolyam

A rendszeres hibák oka felderíthető, így ezek csökkenthetők. Gyakori rendszeres hiba az arányos hiba: pl. egy óra minden nap 1 percet siet. Rendszeres hiba pl. a parallaxis hiba (ld. ábra), az elmozduló skála okozta eltérés. Felülről

kevesebbnek látjuk. a helyes értéket,

vízszintesen

többnek látjuk,

alulról 1.2. ábra. A parallaxis hiba

Egy másik csoportosítás szerint van objektív és szubjektív hiba. Szubjektív hiba, amiről a mérést végző személy tehet (ilyen a parallaxis hiba is). Objektív, amiről a mérő személy nem tehet, a készülék, eszköz hibája, pontatlansága (pontatlan büretta vagy óra, stb.).

A szórás A szórás (σ) a párhuzamos mérési eredmények közötti eltérés jellemzésére szolgál; a várható értékek körüli mérési eredmények szoros vagy laza „csoportosulását” jellemzi. Gyakorlatban a korrigált tapasztalati szórással (s, sd) becsüljük. A korrigált tapasztalati szórás (s, más néven standard deviáció, sd) számítása: n

s=

A szórás jelentése

∑( x i =1

i

− x )2

n −1

1.3. ábra. A normális eloszlás sűrűségfüggvénye

x ±s határok közé esik a mért értékek kb. 2/3-a (68,2%-a) x ±2·s határok közé esik a mért értékek 95,5%-a x ±3·s határok közé esik a mért értékek 99,7%-a A szórás alkalmazása: a méréseknek az átlagtól való eltérését, ez által a mérések megbízhatóságát jellemezzük vele.

Párhuzamos mérési adatok értékelése Az előbbiek alapján belátható, hogy egy méréshez tartozó adatok közül azok, amelyek � ± 3·s tartományon kívül esnek, durva mérési hibákból erednek, valószínűleg jobb, ha elhagyjuk azokat. 1. mintafeladat Egy mérésre a következő számértékek adódtak: 11,2; 11,3; 11,1; 10,4. Számítsa ki az átlagot, a szórást, ha kell, hagyjon el adatot! PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

9

x = 11,0 s = 0,41. Az utolsó adat gyanúsan messze van az átlagtól. Számítsuk ki az átlagot és a szórást annak elhagyásával! x = 11,2 s = 0,10. Az utolsó adat a x ±3·s tartományon kívül van, helyes volt az elhagyás.

Mérési eredmény megadása A mérési eredmény számértékén és mértékegységén kívül a megbízhatósága is fontos lehet. Mennyi a mérésünk megbízhatósága? Attól függ, milyen biztonsággal/valószínűséggel szeretnénk, hogy a tényleges érték a megadott tartományba essék. Általában a 95%-os biztonság megfelelő. Ebben az esetben általánosan: x ±2·s az eredmény. 2. mintafeladat

Az előző mérési adatokból (11,2; 11,3; 11,1; 10,4) adjuk meg az eredményt a megbízhatóság jelölésével! Az átlag és a szórás értéke:

x = 11,2 s = 0,10. x = 11,2 ± 0,2 (95%-os szinten) Ebből adódik, hogy nincs is értelme több tizedesre megadni, hiszen a mérés megbízhatósága nem indokolja.

A relatív hiba A relatív hiba az abszolút hiba eredményhez viszonyított értéke. Legtöbb esetben ez fontosabb, mint az abszolút hiba. A relatív hiba mértékeként a tapasztalati szórásnak (s, sd) az átlaghoz viszonyított %-os értékét használjuk: rsd =

sd x

100%

3. mintafeladat Az előbbi feladat esetében: x = 11,2 s = 0,10 x = 11,2 ± 0,2 (95%). Számítsuk ki a relatív szórást, és az eredményt adjuk meg azzal: rsd = 1,8 % Az eredmény tehát: x = 11,2 ± 1,8% (95%-os szinten).

Kalibráció Az analitikai jel és a koncentráció összefüggése általában nem adható meg elméleti alapon egzakt módon, így tapasztalati összefüggéseket használunk. A leggyakoribb módszer, hogy –– ismert koncentrációjú oldatokat készítünk, –– azokat a műszerrel megmérjük, –– a kapott értékeket analitikai jel–koncentráció diagramon ábrázoljuk, –– a pontokhoz görbét (egyszerű esetben egyenest) illesztünk. 10


II/14. évfolyam

Az így kapott tapasztalati összefüggést nevezzük analitikai mérőgörbének (kalibrációs diagramnak). Az ábrázolás és görbe (függvény) illesztése történhet kézi módszerrel, mm-papíron vagy egy erre alkalmas számítógépes szoftverrel.

Egyenes illesztése mérési pontokhoz Excel programmal A következőkhöz számítógépre van szükség, a kipróbálás, illetve a begyakorlás e nélkül nem lehetséges. 4. mintafeladat Az oldatsorozat tagjai: 20, 40, 60, 80 és 100 mg/dm3 koncentrációjúak. Ezekre és az ismeretlenre rendre a következő jel értékeket kaptuk: 0,156; 0,302; 0,468; 0,620; 0,768; 0,555. Illesszünk egyenest a mérési adatokhoz és határozzuk meg az ismeretlent! Az Excel program elindítása után beírjuk az adatainkat két oszlopba: c, mg/dm3

analitikai jel

20

0,156

40

0,302

60

0,468

80

0,620

100

0,768

???

0,555

A kalibrációs adatokat kijelöljük (az ábrán szürke mezőben) és elindítjuk a diagramvarázslót. A lépések a következők: 1. A pontdiagramból az első altípust választjuk. Tovább gomb. 2. A Tovább gombot megnyomjuk. 3. Beírjuk a diagramcímet és a koordináták neveit, mértékegységeit. 4. (diagram a munkalapon) Befejezés. 5. Kattintsunk duplán a szürke területre és a területnél a „nincs”-et jelöljük be, majd OK. 6. Bökjünk az Adatsor 1 feliratra, majd a Delete gombbal töröljük. 7. Az egér jobb gombjával kattintsunk valamelyik mérési pontra és a legördülő menüből válasszuk a Trendvonal felvételét. 8. Válasszuk a Lineárist, az Egyebeknél jelöljük be az Egyenlet látszik a diagramon-t és az R 2 értéke látszik a diagramon-t, majd OK.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

11

A kész diagram:

Leolvasás a diagramról kb.

72 mg/dm3 1.4. ábra. Az analitikai mérőgörbe (egyenes) illesztése

Az „ismeretlen” koncentrációjának meghatározása történhet: –– grafikusan (ld. az ábrán) vagy –– az egyenes egyenletéből számítva. Az analitikai mérőgörbén a következőket látjuk: analitikai jel = 0,0077∙c+0,0002 és R2 = 0,9996 Behelyettesítve az ismeretlenre kapott jelet (0,555) az egyenletből c kiszámítható: 0,555 = 0,0077∙c+0,0002 c = 72,05 mg/ℓ ≈ 72 mg/dm3 R 2 értéke azt jellemzi, hogy az egyenes mennyire szorosan illeszkedik a pontokhoz, minél közelebb van 1-hez, annál jobb.

Ellenőrző feladatok 1. Mi a tényleges és a várható érték, a mérési hiba? ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

2. Mi a különbség a véletlen és a rendszeres hiba között? ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

12


II/14. évfolyam

3. Miből látszik a rendszeres hiba a kalibrációs egyenesen/görbén? ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

4. A valódi érték meghatározását zavarja-e a rendszeres hiba a kalibrációs görbe felvétele esetén? Válaszát indokolja! ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

5. A mérés során a következő értékeket kapta: 9,8; 9,7; 9,5; 10,2. Számoljon átlagot és szórást, ha kell, hagyjon el adatot! Adja meg az eredményt a megbízhatósági tartomány jelölésével 95%-os megbízhatóság esetére! ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

6. A következő mérési hibákat sorolja be a táblázat rovataiba (csak a számát írja be)! 1. parallaxis hiba 2. elcsúszott hőmérőskála 3. változó hőmérséklet 4. ingadozó hálózati feszültség 5. siető óra objektív

szubjektív

rendszeres véletlen

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

13

7. A kalibráció során az oldatsorozat tagjaira (2, 4, 6, 8 és 10 mg/dm3 koncentráció) és az ismeretlenre rendre a következő analitikai jel értékeket kapta: 0,149; 0,312; 0,453; 0,596; 0,754; 0,543. Számológéppel, vagy, ha van, számítógéppel készítse el a kalibrációs egyenest! Számítsa ki az eredményt a kapott képletből! ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

Az ebben a fejezetben tanultakat a mérések csaknem mindegyikénél használni fogjuk. A tananyag részletesebben megtalálható a szakirodalom-jegyzék 1. pontja alatti könyvben a 7–14. oldalakon: Sőre, Tihanyi, Vámos (1999): Laboratóriumi gyakorlatok, Budapest: Képzőművészeti Kiadó.

14


II/14. évfolyam

Optikai mérések elmélete 1. A témakör célja Ismerje meg az optikai mérések alapvető fogalmait. Értse meg az optikai jelenségeket összefüggéseikben. Tudja, hogy a jelenségek az összefüggések alapján milyen gyakorlati feladatok megoldására használhatók.

Refraktometria A fény-anyag kölcsönhatásokon belül alapvetően két nagy területről kell beszélnünk: 1. a fény az anyagon kívülről érkezik valamilyen fényforrásból; 2. a fény az anyagi közegben keletkezik: emissziós jelenségek. Nézzük az 1. esetet! A fény másik homogén közeg határához érve két részre oszlik:

2.1. ábra. Fényvisszaverődés és fénytörés

A törésmutató (n) egy hányados, – a törési szög (β) és a beesési szög (α) sinusának hányadosa (Snellius–Descartestörvény), – és a két közegben mérhető fényterjedési sebesség hányadosa: .

Általánosságban az n2,1 a második közegnek az első közegre vonatkoztatott törésmutatója. A vákuum törésmutatója 1, de rendszerint a levegőre vonatkoztatott törésmutatót adunk meg, ami majdnem megegyezik a vákuumra vonatkoztatott értékkel. Ha optikailag sűrűbb közegből a fénysugár optikailag ritkább közegbe lép, akkor a beesési szög meghatározott értékén túl a határfelületről teljesen visszaverődik. Azt a beesési szöget, amelynél a fénysugár éppen érintőlegesen halad, a teljes reflexió határszögének nevezzük (αH). Ekkor a törési szög 90°. Mivel sin 90° = 1, a Snellius–Descartestörvény a következőképpen egyszerűsödik: n2,1 = 1/sin αH. A teljes visszaverődés az alapja a délibáb jelenségének, ez teszi lehetővé a fény „vezetését” (üvegszálas fénykábel) és a törésmutató mérését is.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

15

Az Abbe-féle refraktométer Az Abbe-féle refraktométer legfontosabb része a termosztálható prizmatest. Ez két azonos, nagy törésmutatójú ólomüvegből készült prizma, melyek közé rétegezzük a mérendő anyagot. A tulajdonképpeni mérés a felső prizmával történik. Méréskor billenthető tükör segítségével fénynyalábot irányítunk a prizmákra. A második prizmából kilépő és a távcsőbe jutó fénynyalábban a teljes visszaverődés határszögének a látótér sötét és világos része közti határvonal felel meg. Ha a prizmát úgy állítjuk be, hogy a látótér sötét és világos részének határvonala a távcső fonálkeresztjére essék, a skálán közvetlenül leolvashatjuk a törésmutatót (n = 1,3…1,7). A másik skálája cukoroldat %-os szárazanyag tartalmát mutatja.

2.2. ábra. Abbe-féle refraktométer vázlata

Az Abbe-féle refraktométert általában fehér fénnyel világítjuk meg. Ilyenkor azonban a sötét határvonal nem éles, hanem a színszóródás miatt szivárványszínű spektrumsávból áll. Ennek megszüntetésére a készülékbe kompenzátort (Amici prizmák) építenek be, ami megszünteti ezt.

Fotometria – spektrofotometria A fény elektromágneses hullám. Ebből az emberi szem által érzékelhető tartomány a látható fény (VIS). Az ultraibolya (UV) tartományt szemünk nem érzékeli. Az elektromágneses hullámok jellemzésére a hullámhosszt (λ, nm), frekvenciát (ν, Hz) használjuk. Az elektromágneses hullámok csökkenő frekvencia és energia, növekvő hullámhossz szerint: kozmikus sugárzás, γ-sugárzás, Röntgen-sugárzás, UV, VIS, IR, mikrohullám, rádióhullám fény.

Az abszorpciós spektrofotometria (fotometria) az anyagok fényelnyelő képességét vizsgálja.

16


II/14. évfolyam

Ultraibolya (UV) és látható (VIS) spektrofotometria A következőkben csak a spektrofotometria molekula-spektroszkópiai módszerével foglalkozunk. Az UVVIS tartományban a molekulák kötő elektronjai gerjesztődnek. Az elnyelési színkép jellemző az anyagra és annak szerkezetére, de a széles sávok miatt minőségi azonosításra egymagában nem alkalmas. Transzmittancia (T): az áteresztett fény hányada: T = I/I0 Abszorbancia (A): A = ��

I0 1 100 = �� = �� I T T%

Fotométer, spektrofotométer Egy- és kétfényutas spektrofotométereket használunk.

2.3. ábra. Egyfényutas spektrofotométer elvi vázlata Jelmagyarázat: M monokromátor, D detektor

Az egyfényutas spektrofotométerben csak egy küvetta helyezhető el, így egymás után mérhető a vakpróba és a minta által áteresztett fény intenzitása. Fényforrás: látható fény tartományára többnyire wolfram lámpa, UV tartományban deutérium-lámpa. Monokromátor: az összetett fényt hullámhossz szerint felbontja. Régebben prizmákat, ma főként optikai rácsot (egyszerű készülékben esetleg színszűrőt) használnak. Küvetta: mintatartó eszköz. Többnyire 1 cm-es fényút hossz. Látható tartományban üvegből vagy műanyagból készül, UV-tartományban kvarc küvettát használunk. Detektor: a fénysugárzást elektromos jellé alakítja – fotocella, fotodióda (diódasor), fotoelektronsokszorozó. A kétfényutas spektrofotométerben két küvetta helyezhető el, így majdnem egyszerre mérhető a minta és a vakpróba által áteresztett fény intenzitása.

2.4. ábra. Kétfényutas spektrofotométer elvi vázlata Jelmagyarázat: M monokromátor, D detektor

A spektrofotométerben folytonosan tudjuk változtatni a mintára jutó fény hullámhosszát. A fotométerekben csak meghatározott hullámhosszak állíthatók be (színszűrők, LED [fényemittáló dióda] fényforrás).

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

17

A Lambert–Beer-törvény A Lambert–Beer-törvény szerint az abszorbancia egyenesen arányos a koncentrációval: ��

I0 = A= ε c , I

ahol ε a moláris abszorpciós együttható, ℓ az úthossz (rétegvastagság), c a vizsgált oldat koncentrációja. Fényáteresztéssel kifejezve: A = –lgT; T=I/I0, ahol I0 és I rendre a beeső és az átbocsátott fény intenzitása, T pedig a transzmittancia (többnyire %-ban adják meg). A Lambert–Beer-törvénytől eltéréseket okozhat: a fényszóródás, kis fényfelbontó képesség, kémiai okok (túl tömény oldat, pH-hatás).

Ellenőrző feladatok 1. Mi a törésmutató (vázlat, képlet, a betűk jelentése)?

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

2. Mire használható a törésmutató mérése? ................................................................................................................................................................................

3. Rajzolja fel egy abszorpciós fotométer elvi vázlatát, nevezze meg részeit!

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

4. Soroljon fel fotometriás detektorokat! ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

18


II/14. évfolyam

5. Mi az előnye a diódasoros detektornak? ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

6. A spektrumban mi hordozza a minőségi információt és mi a mennyiségit? ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

7. Ismertesse a Lambert–Beer-tövényt (képlet, a betűk jelentésével)!

................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

8. Egy spektrofotométert használ két diák. Egyikük észreveszi, hogy transzmittancia üzemmódban van és javasolja, kapcsoljanak abszorbanciára. Átkapcsolnak és ugyanannyit jelez a műszer. Lehet, hogy elromlott, mondja egyikük. Lehet-e ugyanannyi a transzmittancia és az abszorbancia? Válaszát számítással igazolja!

................................................................................................................................................................................

Az ebben a fejezetben tárgyalt ismereteket használjuk az Optikai mérési gyakorlatok 1. ciklus során, de a későbbiekben is. A tananyag bővebben megtalálható a szakirodalom-jegyzék 1. pontja alatti könyvben a 15–39. oldalakon: Sőre, Tihanyi, Vámos (1999): Laboratóriumi gyakorlatok, Budapest: Képzőművészeti Kiadó.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

19

Optikai mérések gyakorlat 1. ciklus A témakör célja Mérések, gyakorlatok végzése: –– a refraktometriás, –– fotometriás, –– spektrofotometriás mérések köréből, hogy ismerje a műszerek működését és képes legyen használni azokat. Mérési adatok feldolgozása, eredmény értékelése. Az így szerzett tudás készíti fel: –– egy általános laboratóriumi mérés (vegyipari munkahelyen) végzésére, –– annak dokumentálására. Az első ciklus során 6 mérést kell elvégezni és egy elmaradt vagy rosszul sikerült mérés pótlására van mód.

20


II/14. évfolyam

1. gyakorlat

Üdítőital vagy szörp cukortartalmának meghatározása refraktometriás módszerrel Feladat A laboratóriumban üdítőitalok cukortartalmát ellenőrzik. Az Ön feladata, hogy refraktometriás módszerrel hasonlítsa össze és ellenőrizze különböző márkájú üdítők cukortartalmát. A munkájáról készült jegyzőkönyvben adja meg a mérési eredményei alapján az egyes minták cukortartalmát és ezt vesse össze a címkén feltüntetett cukortartalommal.

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 × 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). Szükséges anyagok: cukor törzsoldat (500 g/dm3 szacharóz), ioncserélt víz. Szükséges eszközök: büretták fogóval, állvánnyal, kb. 20 cm3-es kémcsövek dugóval, kémcsőállvány, refraktométer. A mérés elve: az üdítőital vagy szörp oldott anyag tartalma nagyrészt a cukorból adódik, a törésmutatót az határozza meg. Vizsgálandó minta: személyenként egy tiszta, száraz, névvel ellátott kb. 20 cm3-es kémcsövet adjon be, a visszakapott kémcső tartalmát homogenizálja. A vizsgálat menete 1. Ö ttagú kalibrálóoldat-sorozatot kell készíteni. Egy-egy kb. 20 cm3-es tiszta, száraz kémcsőbe 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; illetve 5,0 cm3 törzsoldatot mérjen bürettából. A kémcsövek tartalmát ioncserélt vízzel 10,0 cm3-re egészítse ki, ledugaszolva homogenizálja! 2. A refraktométert szükség esetén tisztítsa meg, a kezelési útmutató alapján állítsa be, az ioncserélt víz törésmutatóját mérje meg! 3. Az oldatsorozat tagjainak és az ismeretlen(ek)nek a törésmutatóját mérje meg, a mérési adatokat táblázatba (összetétel, törésmutató) jegyezze fel! 4. A készüléket tisztítsa meg, és a többi eszközt is tisztán tegye el! Számítások –– A mérési adataiból készítsen kalibrációs diagramot, vízszintesen a koncentrációk g/ℓ-ben (kiszámítandók!), függőlegesen a törésmutatók (skálabeosztás!) legyenek! –– Kézi egyenes illesztés esetén (mm-papír), a leolvasás grafikusan történik. –– Ha számítógépes programmal (pl. MS Excel) végzi, elsőfokú (egyenes) trendvonalat illesszen, írassa ki az egyenletet és az R 2 értékét is! Ebben az esetben az eredményt az egyenes egyenletéből számítsa (vagy a programmal számíttassa) ki! A mérés dokumentálása – a jegyzőkönyv tartalmazza: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszert; –– a mérési beállításokat és adatokat; –– a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); –– az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Minta megnevezése Minta megnevezése

A minta elemzés szerinti cukortartalma

Az üdítő címkéjén feltünte- Eltérés %-a tett cukortartalom

1. 2. A diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

21

Megjegyzés: A munka során használt anyagok nem mérgezőek, de nagyon ragadósak, ügyeljen a tiszta munkakörnyezetre! Értékelési szempontok: –– az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) –– a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága –– a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége –– a kiértékelés minősége –– határidőre való beadás A házi feladat teljesítése javíthat az érdemjegyen (10%).

60%; 10%; 10%; 10%; 10%.

Az üdítőital vagy szörp cukortartalma fontos adat, az energiatartalom nagy részét ez adja, cukorbetegek számára is fontos információ. A termékek cukortartalmát refraktometriásan szokták meghatározni, erre utal a refr.%. Házi feladat: üdítős és szörpös palackokon keressen adatokat üdítők, illetve szörpök ös�szetételére, cukortartalmára vonatkozóan, a címkéket tegye el, hozza be az iskolába!

22


II/14. évfolyam

2. gyakorlat

Színezékoldat koncentrációjának meghatározása spektrofotometriás módszerrel Feladat A laboratóriumban textilipari színezékfürdők színezéktartalmát ellenőrzik. Az Ön feladata, hogy spektrofotometriás módszerrel ellenőrizze, illetve mérje meg különböző színezékfürdők színezéktartalmát. A munkájáról készült jegyzőkönyvben adja meg a mérési eredményei alapján az egyes minták színezéktartalmát és ezt vesse össze az előírás szerinti színezéktartalommal.

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 × 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). Szükséges anyagok: színezék, ioncserélt víz. Szükséges eszközök: gyorsmérleg, 100 és 250 cm3-es mérőlombikok, kis tölcsér, büretta, fogóval, állvánnyal, üveg vagy műanyag küvetta, spektrofotométer. A mérés elve: a színezék látható (VIS) tartományban található elnyelési maximumán az oldat abszorbanciája arányos a színezéktartalommal. Vizsgálandó minta: egy névvel ellátott 100 cm3-es mérőlombikot adjon be (a bürettába töltött színezék törzsoldattal együtt), a visszakapott lombik tartalmát ioncserélt vízzel állítsa jelre, homogenizálja! A vizsgálat menete 1. A színezékből készítsen 250 cm3 törzsoldatot (0,4 g/dm3 színezék)! 2. Öttagú oldatsorozatot készítsen: 2, 4, 6, 8, illetve 10 cm3 törzsoldatot mérjen bürettából egy-egy 100 cm3-es mérőlombikba! A lombikokat ioncserélt vízzel töltse jelig, homogenizálja! 3. A spektrofotométert kapcsolja be, bemelegedés után a kezelési útmutató segítségével végezze el a mérést! 4. A küvettába ioncserélt vizet töltve vegyen fel alapvonalat! 5. A legtöményebb oldattal átöblítve, majd megtöltve a küvettát vegye fel a színezék oldat elnyelési spektrumát látható tartományban 400 és 750 nm között! 6. K eresse meg az elnyelési maximumot a spektrumban, a hullámhosszat jegyezze fel! 7. Az oldatsorozat tagjainak és az ismeretlen(ek)nek az abszorbanciáját az elnyelési maximum hullámhosszán mérje meg, a mérési adatokat jegyezze fel vagy nyomtassa ki! 8. A készüléket tisztítsa meg, és a többi eszközt is tisztán tegye el! Számítások –– A mérési adataiból készítsen kalibrációs diagramot, vízszintesen a koncentrációk g/dm 3-ben (kiszámítandók!), függőlegesen az abszorbanciák legyenek! –– Kézi egyenes illesztés esetén (mm-papír), a leolvasás grafikusan történik. –– Ha számítógépes programmal (pl. MS Excel) végzi, elsőfokú (egyenes) trendvonalat illesszen, írassa ki az egyenletet és az R 2 értékét is! Ebben az esetben az eredményt az egyenes egyenletéből számítsa (vagy a programmal számíttassa) ki! –– Az eredményt (g/dm3) számítsa át az eredeti, hígítás előtti térfogatra, és a tanultaknak megfelelő kerekítse!

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

23

A mérés dokumentálása – a jegyzőkönyv tartalmazza: –– a mérés elvét, vázlatos leírását, –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal, –– a szükséges eszközöket, műszert, –– a mérési beállításokat és adatokat, –– a számításokat (pontosság, áttekinthetőség), –– az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Minta megnevezése Minta megnevezése

A minta elemzés szerinti színezéktartalma, g/ℓ

Az előírás szerinti színezéktartalom, g/ℓ

Eltérés %-a

1. 2. A diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz! Megjegyzés: a színezékek között lehetnek mérgezőek, egyéni védőeszköz használata (gumikesztyű) kötelező. Értékelési szempontok –– az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) –– a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága –– a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége –– a kiértékelés minősége –– határidőre való beadás

60%; 10%; 10%; 10%; 10%.

A házi feladat teljesítése javíthat az érdemjegyen (10%).

Különböző (pl. textil) festési eljárások során vízoldható színezék(ek)et alkalmaznak. Az oldat hatóanyag tartalma a használat során csökken. A megfelelő festési eredmény eléréséhez az oldat színezéktartalmát be kell állítani, ezért szükséges a koncentráció meghatározása. Házi feladat: az interneten keresse meg néhány színezék abszorpciós spektrumát, a képet mentse el, az URL címet jegyezze fel!

24


II/14. évfolyam

3. gyakorlat

Acetonoldat abszorpció maximumának és összetételének meghatározása spektrofotometriás módszerrel Feladat Egy kórházi laboratóriumban – többek között – előkészített (desztillálással dúsított) vizeletminták vizsgálata folyik. Az Ön feladata, hogy spektrofotometriás módszerrel ellenőrizze, illetve mérje meg különböző minták aceton tartalmát! A munkájáról készült jegyzőkönyvben adja meg a mérési eredményei alapján az egyes minták aceton tartalmát és ezt vesse össze a határértékkel (éhgyomorra max. 50 mg/dm3 a jó érték).

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 × 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: aceton törzsoldat (10 mg aceton/cm3), ioncserélt víz. Szükséges eszközök: 50 cm3-es mérőlombikok, kis tölcsér, büretta, fogóval, állvánnyal, kvarc küvetta, spektrofotométer. A mérés elve: az aceton UV tartományban található elnyelési maximumán az oldat abszorbanciája arányos az aceton tartalommal. Vizsgálandó minta: egy névvel ellátott mérőlombikot adjon be, a visszakapott lombik tartalmát (50 cm3-ből lett dúsítva!) ioncserélt vízzel állítsa jelre, homogenizálja! A vizsgálat menete 1. Készítsen öttagú oldatsorozatot: 3, 6, 9, 12, illetve 15 cm3 törzsoldatot mérjen bürettából egy-egy 50 cm3-es mérőlombikba! A lombikokat ioncserélt vízzel töltse jelig, homogenizálja! 2. A spektrofotométert kapcsolja be, bemelegedés után a kezelési útmutató segítségével végezze el a mérést! 3. A kvarc küvettába ioncserélt vizet töltve vegyen fel alapvonalat! 4. A legtöményebb oldattal átöblítve, majd megtöltve a küvettát vegye fel az aceton elnyelési spektrumát UV-tartományban 200 és 400 nm között! 5. Keresse meg az elnyelési maximumot a spektrumban, a hullámhosszat jegyezze fel! 6. Az oldatsorozat tagjainak és az ismeretlen(ek)nek az abszorbanciáját az elnyelési maximum hullámhosszán mérje meg, a mérési adatokat jegyezze fel vagy nyomtassa ki! 7. A készüléket kikapcsolja ki, a küvettát és a többi eszközt megtisztítva tegye el! Számítások –– A mérési adataiból készítsen kalibrációs diagramot, vízszintesen a koncentrációk mg/dm3-ben (kiszámítandók!), függőlegesen az abszorbanciák legyenek! –– Kézi egyenes illesztés esetén (mm-papír), a leolvasás grafikusan történik! –– Ha számítógépes programmal (pl. MS Excel) végzi, elsőfokú (egyenes) trendvonalat illesszen, írassa ki az egyenletet és az R 2 értékét is! Ebben az esetben az eredményt az egyenes egyenletéből számítsa (vagy a programmal számíttassa) ki! –– Az eredményt (mg/dm3) számítsa át az eredeti, hígítás előtti térfogatra, és a tanultaknak megfelelő kerekítse!

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

25

A mérés dokumentálása – a jegyzőkönyv tartalmazza: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszert; –– a mérési beállításokat és adatokat; –– a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); –– az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Minta jelzése Minta jelzése

A minta elemzés szerinti acetontartalma

A megengedett acetontartalom

Döntés (megfelel vagy sok)

1. 2. A diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz. Megjegyzés: az aceton mérgező, irritáló, gyúlékony anyag, a híg oldat, amivel dolgozunk, nem ártalmas. Értékelési szempontok: –– az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) –– a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága –– a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége –– a kiértékelés minősége –– határidőre való beadás

60%; 10%; 10%; 10%; 10%.


Fontos adat lehet az acetontartalom: –– szennyvíz vagy –– vizelet esetén (éhgyomorra max. 50 mg/dm3 a jó érték). Házi feladat: az interneten keresse meg az aceton UV abszorpciós spektrumát, a képet mentse el, az URL címet jegyezze fel!

26


II/14. évfolyam

4. gyakorlat

Nitrition meghatározása spektrofotometriás módszerrel Feladat Az ÁNTSZ egyik laboratóriumában vízminták vizsgálata folyik. Az Ön feladata, hogy spektrofotometriás módszerrel mérje meg különböző minták nitrition tartalmát. A munkájáról készült jegyzőkönyvben adja meg a mérési eredményei alapján az egyes minták nitrition tartalmát és ezt vesse össze a határértékkel (határértéke ivóvízben 0,5 mg/dm3)!

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 × 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: Saltzman-reagens, nátrium-nitrit, ioncserélt víz, nátrium-nitrit törzsoldat (nátrium-nitritből 0,15 g/1000 cm3), nátrium-nitrit munkaoldat (a törzsoldat 10-szeres hígítása, 0,01 mg/cm3 a nitritionra). Szükséges eszközök: 250 és 50 cm3-es mérőlombikok, büretta, fogóval, állvánnyal, üveg vagy műanyag küvetta, spektrofotométer. A mérés elve: a nitritionok savas közegben diazotálják a szulfanil-amidot, a keletkező diazóniumsó N-(1-naftil)-etiléndiaminnal (NEDA) azoszínezékké kapcsolódik. Az oldat színintenzitása meghatározott pH-értéken arányos a nitritionkoncentrációval. A reakciók egyenletei:

+ NO2- + 2 H3O+ →

+ 4 H 2O diazóniumsó

+

+ H 2O →

+ H3O+

azoszínezék Vizsgálandó minta: egy névvel ellátott mérőlombikot adjon be (a bürettába töltött munkaoldattal együtt)!

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

27

A vizsgálat menete 1. A visszakapott mérőlombik tartalmához adjon hozzá 30 cm3 Saltzman-reagenst, ioncserélt vízzel állítsa jelre, homogenizálja! 2. Vakpróbát és öttagú oldatsorozatot készítsen: 0,0; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0; illetve 10,0 cm3 munkaoldatot mérjen bürettából egy-egy 50 cm3-es mérőlombikba! A lombikok tartalmához adjon hozzá 30 cm3 Saltzman-reagenst, ioncserélt vízzel állítsa jelre, homogenizálja! A 0 cm3-es oldat a vakpróba. 3. A spektrofotométert kapcsolja be, bemelegedés után a kezelési útmutató segítségével végezze el a mérést! 4. A küvettába a vakpróbát töltve nullázza a készüléket 540 nm hullámhosszon! 5. Az oldatsorozat tagjainak és az ismeretlen(ek)nek az abszorbanciáját ugyanezen a hullámhosszon mérje, az adatokat jegyezze fel vagy nyomtassa ki! 6. A készüléket kapcsolja ki, a küvettát és a többi eszközt megtisztítva tegye el! Számítások –– A mérési adataiból készítsen kalibrációs diagramot, vízszintesen a koncentrációk mg/dm3-ben (kiszámítandók!), függőlegesen az abszorbanciák legyenek! –– Kézi egyenes illesztés esetén (mm-papír), a leolvasás grafikusan történik. –– Ha számítógépes programmal (pl. MS Excel) végzi, elsőfokú (egyenes) trendvonalat illesszen, írassa ki az egyenletet és az R 2 értékét is! Ebben az esetben az eredményt az egyenes egyenletéből számítsa (vagy a programmal számíttassa) ki! –– Az eredményt NO2 mg/dm3-ben kapjuk, ennek alapján a vizet minősítjük (alkalmas-e ivóvíznek). A mérés dokumentálása – a jegyzőkönyv tartalmazza: –– a mérés elvét, vázlatos leírását, –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal, –– a szükséges eszközöket, műszert, –– a mérési beállításokat és adatokat, –– a számításokat (pontosság, áttekinthetőség), –– az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Minta jelzése Minta jelzése

A mintaelemzés szerinti nitrition-tartalma

Az ivóvíz nitrition-tartalom Döntés (megfelel vagy sok) határértéke

1. 2. A diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz. Megjegyzés: A nitritek mérgezőek, ezért az anyag kimérésekor egyéni védőfelszerelés (gumikesztyű) használata kötelező. Értékelési szempontok: –– az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) –– a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága –– a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége –– a kiértékelés minősége –– határidőre való beadás

60%; 10%; 10%; 10 %; 10%.


A nitrition-tartalom a vizekben fontos adat, mivel a nitrition erősen mérgező, határértéke ivóvízben 0,5 mg/dm3. Házi feladat: nézzen utána a szakirodalomban (pl. biztonsági adatlap), milyen hatásai vannak a nátrium-nitritnek, mennyire mérgező (LD50)!

28


II/14. évfolyam

5. gyakorlat

Kétkomponensű minta fotometriás meghatározása Feladat Egy üzemben Al-ötvözetből készült tárgyakat (pl. karabinereket) lila színűre eloxálnak. A fürdőben a megfelelő színt két színezék (kék és vörös) keverésével állítják elő. A használat során nemcsak csökken a fürdő színezék tartalma (halványodik), de színe is eltolódik a vörös felé. A koncentrációkat meg kell határozni, hogy a fürdő frissítésekor a két anyag megfelelő arányban kerülhessen majd bele. Az Ön feladata, hogy spektrofotometriás módszerrel mérje meg különböző kádakból vett minták kétféle színezék tartalmát. A munkájáról készült jegyzőkönyvben adja meg a mérési eredményei alapján az egyes minták kétféle színezék tartalmát és ezt vesse össze az előírás szerinti értékkel!

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 × 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). Szükséges anyagok: két színezék, pufferoldat a pH-beállításhoz, színezék törzsoldatok (0,1 g/dm3-es, készen van). Szükséges eszközök: gyorsmérleg, 100 cm3-es mérőlombikok, 2 büretta, fogóval, állvánnyal. A mérés elve: két alkalmas hullámhosszon mérve a két színezék koncentrációja egymás mellett meghatározható (két ismeretlenes egyenletrendszer). Vizsgálandó minta: a két bürettába töltött törzsoldatot névvel ellátott 100 cm3-es mérőlombik(ok)kal beadjuk. A visszakapott lombik tartalmát (10,0 cm3) a pufferoldattal jelre állítjuk, homogenizáljuk. A vizsgálat menete 1. K ét külön kalibrálóoldatot készítünk a törzsoldatok 10-szeres hígításával (a két törzsoldatból 10,0–10,0 cm3-t kimérünk bürettával egy-egy 100 cm3-es mérőlombikba és pufferoldattal jelig töltjük, homogenizáljuk). 2. Bekapcsoljuk a fotométert és bemelegedés után a műszer leírása segítségével elvégezzük a mérést. 3. A küvettába a pufferoldatot töltve a látható tartományban (400–750 nm) alapvonalat veszünk fel. 4. Az egyik színezék spektrumát felvesszük, megkeressük rajta az elnyelési maximumot, leolvassuk és feljegyezzük a hullámhosszat (λ1) és az abszorbanciát (A11), majd a spektrumot elmentjük. 5. F elvesszük a másik színezék spektrumát, megkeressük rajta az elnyelési maximumot leolvassuk és feljegyezzük a hullámhosszat (λ2) és az abszorbanciát (A22), leolvassuk az első színezék elnyelési maximumánál (λ1) is az abszorbanciát (A21). 6. Visszatöltjük az első színezék spektrumát, leolvassuk a második színezék elnyelési maximumánál (λ2) is az abszorbanciát (A12). Ezzel a kalibráció kész. 7. Az ismeretlen(ek) spektrumát is felvesszük és a spektrumról a λ1 és λ2 hullámhossznál (ez nem feltétlenül az elnyelési maximumnál lesz!) leolvassuk az abszorbanciát (Am1 és Am2). 8. A készüléket kikapcsoljuk, a küvettát és a többi eszközt megtisztítva eltesszük. Számítások A számítás alapjául a következő összefüggések szolgálnak: Am1 = v1·A11/10+v ·A21/10, ahol v1 az 1. törzsoldatból kapott térfogat cm3-ben, Am2 = v1·A12/10+v2·A22/10, ahol v2 a 2. törzsoldatból kapott térfogat cm3-ben. Az eredményt cm3-ben kapjuk, ezt át kell számítani a tanultaknak megfelelő kerekítéssel mg/dm3-re.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

29

A mérés dokumentálása – a jegyzőkönyv tartalmazza: –– a mérés elvét, vázlatos leírását, –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal, –– a szükséges eszközöket, műszert, –– a mérési beállításokat és adatokat, –– a számításokat (pontosság, áttekinthetőség), –– az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Minta jelzése Minta jelzése

A minta elemzés sze- Eltérés %-a az rinti 1. sz. színezék1. sz. színezékre tartalma

A minta elemzés sze- Eltérés %-a a rinti 2. sz. színezék2. sz. színezékre tartalma

A diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz Megjegyzés: a színezékek között lehetnek mérgezőek, egyéni védőeszköz használata (gumikesztyű) kötelező. Értékelési szempontok: –– az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) –– a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága –– a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége –– a kiértékelés minősége –– határidőre való beadás

60 %; 10 %; 10 %; 10 %; 10 %.


Színezéskor a megfelelő színt gyakran két színezék (pl. kék és vörös) keverésével állítják elő. A használat során nemcsak a fürdő színezék tartalma csökken (halványodik), hanem színe is eltolódhat valamelyik irányban. Ahhoz, hogy a fürdő frissítésekor a két anyag megfelelő arányban kerülhessen majd bele, a koncentrációkat meg kell határozni. Házi feladat: 1. A fürdő színeltolódása alapján mondja meg, melyik színezék erősebben poláris molekulájú: a kék vagy a vörös! Válaszát indokolja! 2. Számítsa ki, hány kg színezék kell 5 m3 a fürdő frissítéséhez, ha az eredeti összetétel mindkét anyagból 0,2 g/dm3 volt!

30


II/14. évfolyam

6. gyakorlat

Reakciósebesség fotometriás meghatározása Feladat Új munkahelyén reakciók sebességét vizsgálják. Ön elsőként azt kapja feladatául, hogy egy ismert reakció sebességét határozza meg spektrofotometriás módszerrel. Főnöke ennek a munkájának alapján dönt arról, milyen munkát bíz Önre. A munkájáról készült jegyzőkönyvben adja meg a reakciósebességet a vizsgálat három különböző időpontjára!

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 × 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: etanol, cc. kénsav, KMnO4, ioncserélt víz. Szükséges eszközök: gyorsmérleg, 50 cm3-es mérőlombik, automata pipetta, üveg vagy műanyag küvetta, spektrofotométer látható tartományban. A mérés elve: az elnyelési maximum hullámhosszán mérve a színes anyag koncentrációja, illetve annak változási sebessége meghatározható. Vizsgálandó minta: mindenki maga állítja össze a kapott feladatlap alapján. A vizsgálat menete: 1. Készítse el az alábbi oldatokat A oldat: 50,00 cm3 10–3 mol/dm3 koncentrációjú KMnO4 oldat (hígítással készítjük 10–2 mol/dm3 koncentrációjúból). B oldat: főzőpohárban kb. 20 cm3 ioncserélt víz + 10 cm3 cc. H2SO4 + 10 cm3 absz. etanolt elegyítsen. Lehűlés után mossa át egy 50 cm3-es mérőlombikba és állítsa jelre. 2. Kapcsolja be a fotométert és bemelegedés után a műszer leírása segítségével végezze el a mérést! 3. Vegye fel a KMnO4-oldat spektrumát 400–600 nm között és állapítsa meg λmax értékét. A koncentrációból és a mért abszorbanciából számolja ki a faktort! (Ez a reakciósebesség kiszámításához szükséges.) 4. A műszeren állítsa be a λmax értékét. Ha van a műszeren RATE, illetve TimeScan üzemmód, időtartamnak 15 percet, késleltetésnek 30 s-ot állítson be! 5. Mérjen ki egy tiszta, száraz, 20 cm3-es főzőpohárba 5,00 cm3 A oldatot és adjon hozzá 2,00 cm3 ioncserélt vizet! Egy másik száraz kis főzőpohárba mérjen ki 2,00 cm3 B oldatból! 6. A következőket 30 másodperc alatt kell elvégeznie: 7. Hirtelen mozdulattal öntse az A oldatot a B-hez, és ezzel egy időben indítsa el a mérést (a stoppert, vagy a műszeren, ha van RATE, illetve TimeScan üzemmód, a programot)! Keverje meg az elegyet, öblítse át, majd töltse fel a küvettát, helyezze a műszerbe és zárja le annak fedelét! 8. Az abszorbanciát 15 percen keresztül pontosan percenként olvassa le, vagy, ha van lehetőség a készüléken, akkor folyamatosan mérje (RATE, illetve TimeScan üzemmód)! Számítások –– A percenkénti mérési adatokat foglalja táblázatba, az abszorbanciák mellett a kiszámított koncentrációk is legyenek benne! –– Készítsen diagramot: a koncentrációkat ábrázolja az idő függvényében! (RATE, illetve TimeScan üzemmód esetén megfelelően módosítva a felvételt, az ordináta automatikus újra skálázásával nyomtassa ki azt!) –– Számítsa ki a reakciósebességet 3 tetszőlegesen felvett időpillanatban!

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

31

A mérés dokumentálása – a jegyzőkönyv tartalmazza: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszert; –– a mérési beállításokat és adatokat; –– a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); –– az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Időpont megjelölése, perc

Abszorbancia

KMnO4 koncentráció

Reakciósebesség

1. 2. 3. Megjegyzés: A tömény kénsav maró, a KMnO4 és az etanol mérgező, az egyéni védőeszközök (gumikesztyű, védőszemüveg) használata kötelező. Értékelési szempontok: –– az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) –– a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága –– a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége –– a kiértékelés minősége –– határidőre való beadás

60%; 10%; 10%; 10%; 10%.


A szervetlen anyagok között a KMnO4 az egyik legerősebb színű anyag. A Mn2+-ionok kimutatása illetve mérése is ebben a formában történik. Néhány tized mg/dm3 koncentráció még mérhető így. Házi feladat: Keressen adatot a KMnO4 elnyelési maximum hullámhosszára, az abszorbanciára (a koncentráció ismeretében), illetve spektrumára! A forrást is jegyezze fel!

32


II/14. évfolyam

Ellenőrző feladatok 1. Refraktometriás cukortartalom-mérést végeztünk. Az oldatsorozat tagjai 50, 100, 150, 200 és 250 g/dm3 cukortartalmúak. A törésmutatók rendre: 1,3378; 1,3431; 1,3476; 1,3528 és 1,3571. A víz törésmutatója 1,3332, az üdítőé 1,3492 volt. Hány g/dm3 a vizsgált üdítő cukortartalma?

2. Színezéktartalmat mértünk fotometriásan. Állítsa a helyes időrendi sorrendbe a műveleteket (a sorszám mellé a művelet betűjelét írja): A) fotométer kikapcsolása, B) ismeretlen kiszámítása a kalibrációból, C) kalibrációs egyenes készítése, D) oldatok abszorbanciáinak mérése, E) oldatsorozat készítése, F) színezék kimérése, G) törzsoldat készítése! 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

3. 500 cm3, 10 mg/cm3 acetontartalmú törzsoldatot kell készíteni. Hány g acetont kell kimérni?

4. Két színezéket mértünk egymás mellett. Mérési adataink a következők: A11 = 1,100; A12 = 0,200; A21 = 0,100; A22 = 0,800; Am1 = 0,400; Am2 = 0,620. A kalibrálóoldataink (100 cm3) 10‑10 cm3 színezék törzsoldatból készültek. A vizsgált oldat 100 cm3-e hány cm3 1., illetve 2. színezék törzsoldatból készíthető el?

5. Adjon választ a következő kérdésekre a diagram és a számolások alapján! Milyen módon függ a reakciósebesség a KMnO4 koncentrációtól? Hogyan változik a koncentráció, illetve a reakciósebesség az idő függvényében? ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

33

Optikai mérések elmélete 2. A témakör célja Ismerje meg az FTIR-mérés alapvető fogalmait. Értse meg a fluoreszcenciás mérés elvét. Tudja a standard addíció és a belső standard fogalmát, alkalmazásának célját.

Infravörös spektrometria A molekulát alkotó atomok egymáshoz képest kis amplitúdójú mozgást (rezgés = vibráció, forgás = rotáció) végeznek. Ezeket az elektromágneses sugárzás IR tartománya képes gerjeszteni. Ez azt jelenti, hogy egy adott molekula a ráeső IR sugárzásból a saját rezgéseire jellemző frekvenciájú sugárzást elnyeli, a besugárzó IR spektrumban abszorpciós sáv(ok) jelennek meg. Ilyen mozgások a kötések megnyúlása, összehúzódása, kötésszögek változása, torzulása, a molekula kapcsolódó részeinek kaszáló mozgása, csavarodása stb. Ez a rezgés azonban nem jelenti a molekula elmozdulását, vagyis a molekula tömegközéppontja egy helyben marad. Egy háromtagú atomcsoport néhány vegyérték- és deformációs rezgését szemlélteti az alábbi ábra:

szimmetrikus

aszimmetrikus

ollózó

vegyértékrezgések

kaszáló

torziós

bólogató

deformációs rezgések 3.1. ábra. Molekularezgések fajtái

A gyakorlati spektrometria elsősorban molekulák szerkezetvizsgálatára (minőségi analízis), de men�nyiségi analízisre is használható (Lambert–Beer-törvény). A szerkezetvizsgálat alapja az, hogy a molekula egyes funkciós csoportjainak – függetlenül attól, hogy milyen molekulában fordulnak elő – jellemző elnyelési sávjai vannak. Alapvetően vegyértékrezgéseket és deformációs rezgéseket különböztetünk meg. A deformációs rezgések gerjesztéséhez nagyobb energia szükséges, így ezek a sávok a spektrum magasabb hullámszámú tartományában találhatók meg.

Készülékek Az első generációs ún. diszperziós készülékek felépítése hasonló a hagyományos spektrofotométerekhez (fényforrás, minta-referencia tér, monokromátor, detektor, erősítő, kijelző). Lényeges különbség, hogy az optikai elemek (küvetták) nem készülhetnek hagyományos üveg-kvarc anyagból, hanem többnyire KBr-kristályból (melyeknél légnedvesség-mentességet kell biztosítani). Ezen készülékek jel/zaj viszonya nem túl jó. Az újabb Fourier-traszformációs spektrométerek működési elve alapvetően más és részletes tanulmányozása túlmutat e jegyzet lehetőségein. Igen röviden: a spektrumot két lépésben kapjuk meg. Az első lépés az ún. interferogram felvétele, majd ezt a második lépésben átalakítjuk spektrummá (az itt nem részletezett) Fourier-traszformációval. A készülék legfontosabb egysége az interferométer. Felfedezője Michelson (1891). A fényforrásból 45°-os beesési szöggel a fényosztóra jut a fénysugár. Ez egy féligáteresztő tükör, mely a fénysugárzás 34


II/14. évfolyam

kb. 50%-át átengedi egy mozgó tükör felé, a másik 50%-át pedig visszaveri az álló tükörre. A sugarak a mozgó és álló tükörről visszaverődve a fényosztón újra találkoznak és interferálnak a két fényút útkülönbségének megfelelően.

3.2. ábra. Michelson-interferométer

A mozgó tükör pillanatnyi helyzetét egy He-Ne lézer segítségével érzékelhetjük. A mai FTIRspektrofotométerek többnyire egysugárutas felépítésűek, tehát a háttér (oldószer) és a minta spektrumát időben egymás után kell felvenni. A hagyományos és FTIR-módszer közötti különbséget – egy hasonlattal érzékeltetve – úgy lehetne elképzelni, hogy a sugárforrás egy zongora. A diszperziós készülékeknél egyenként ütjük le a billentyűket, egymás után szólalnak meg a hangok. A Fourier-transzformációs készülékben az összes billentyűt egyszerre ütjük le és később, matematikai segédeszközökkel válogatjuk szét a rezonancia-válaszfüggvényt. Az IR spektrumok megfejtése nagy gyakorlatot kíván. A spektrumfejtéssel nem kívánunk részletesen foglalkozni (ma már nagyon megkönnyítik a munkát a számítógépes adatbázisok, minta-spektrumok). Ismerkedésként lássunk az alábbiakban egy egyszerű spektrumot.

Hullámszám cm –1 3.3. ábra. A toluol IR spektruma (aromás gyűrű 3000; C=C 1600 és 1475 cm-1)

A minta többféle módon elkészíthető, különböző anyagok esetén más-más lehet a célszerű. 1. „Hagyományos” oldat küvettában: –– az oldószer és a küvetta IR-ben átlátszó legyen (a legjobb oldószer a CCl4 és a CS2); –– rétegvastagság a küvettában legfeljebb 0,1 mm.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

35

2. Szilárd „hígítás”: a szilárd anyagot összedörzsöljük IR-ben átlátszó szilárd anyaggal (pl. KBr-dal) és pasztillázzuk. 3. Vékony fóliát készítünk: –– oldatból vagy olvadékból, –– esetleg mechanikai úton (pl. nyújtás). 4. Gázok mérése gázküvettában (átvezetéses feltöltés): –– a fény úthossz 10–100 mm, tükrökkel növelhető.

A belső standard használata A szilárd minták esetében a pasztillázásos módszernél a kis mintamennyiség (néhány mg) kis pontosságú bemérést, ezáltal pontatlan eredményt ad. A belső standard megoldás a problémára. Minden mintához és standardhez azonos arányban hozzáadunk egy másik anyagot (pl. CaCO3 mérésnél CaSO4·2H2O-t). Így a mérendő és a belső standard abszorbanciája ugyan függ a beméréstől, de a hányadosuk nem. Ezt az eljárást elterjedten alkalmazzák a kromatográfiában is. Mintafeladat CaCO3-ot mértünk belső standard módszerrel. Az alábbi táblázat tartalmazza a mérési adatokat. Egészítse ki a táblázatot, illesszen egyenest a méréshez és számítsa ki a minta CaCO3 tartalmát! A2 ( CO 32 ) A1/A2

CaCO3%

A1 ( CO 32 –)

10

0,153

0,685

30

0,356

0,523

50

0,594

0,552

? (minta)

0,486

0,658

Megoldás CaCO3%

36

2– A1 ( CO 32 – ) A2 ( SO 4 )

A1/A2

10

0,153

0,685

0,223

30

0,356

0,523

0,681

50

0,594

0,552

1,076

? (minta)

0,486

0,658

0,739


II/14. évfolyam

Az egyenes egyenlete: y = 0,0213x+0,0205 Megoldva: x = 33,7%.

Fluoreszcens spektrometria (Fluorimetria) Fluoreszcencia: az a jelenség, amikor egyes anyagok az elnyelt fény egy részét kisebb energiájú (más színű) fényként visszasugározzák az elnyeléssel csaknem egyidejűleg (10‑9–10 –6 s-on belül). A fluoreszcencia jelensége régen ismert. (A késleltetett fénykibocsátás [akár több s vagy min] a foszforeszcencia.) Az elnyelt fény része (általában kisebb hányada) hővé alakul, a többi fényként távozik. Ha az anyag UV fényt nyelt el és a látható tartományban sugároz, olyan, mintha világítana. Hétköznapjainkból is ismerősek ezek az anyagok: –– ilyen a fénycső belső oldalán lévő fénypor, –– a szövegkiemelésre használt tollak festékanyaga, –– az optikai fehérítők (mosószerben) és –– a bankjegyek UV-fényben látszó jelzései (biztonsági elemei). A fluoreszkáló anyagok érzékenyen és szelektíven mérhetőek, hiszen a „szokásos” elnyelési hullámhossz-maximum mellett a kibocsátási hullámhossz-maximum is jellemző az anyagra (ld. ábra).

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

37

3.4. ábra. A kinin elnyelési (piros vonal) és kibocsátási (sárga vonal) spektruma

3.5. ábra. A fluoriméter vázlata Jelmagyarázat: M1 = gerjesztő fény monokromátora, K = küvetta, M2 = kibocsátott fény monokromátora, D = detektor, E+K = erősítő + kijelző

A fluoreszcens fénysugárzás intenzitása arányos –– a besugárzó fény intenzitásával, –– az okozott abszorpcióval és –– a koncentrációval. Egy adott emissziós hullámhosszon a kibocsátott fény intenzitása a következőképpen írható fel: I = k⋅I0⋅ε⋅c, ahol c: a minta koncentrációja, ε: az elnyelés (besugárzás) hullámhosszán érvényes moláris abszorpciós koefficiens, I0: a besugárzó monokromatikus fény intenzitása, k: pedig arányossági tényező (a küvettára és a műszerre jellemző állandókat és a vizsgálandó vegyület ún. kvantumhasznosítását összegzi).

A standard addíció használata A standard addíció a „szokásos” kalibráció helyett használható módszer. A mintához a mérendő anyagból ismert (mért) mennyiséget hozzáadunk, így tudjuk, mennyivel nő a koncentráció. Olyankor előnyös az alkalmazása, ha összetett, sokféle anyagot tartalmazó mintánk van. Kiértékelés: a kalibrációs egyenes az x tengely negatív tartományában kimetszi az eredményt.

38


II/14. évfolyam

3.6. ábra. A standard addíció kiértékelése

Ellenőrző feladatok 1. Milyen lényeges különbség van az IR valamint az UV és VIS spektrumok keletkezése (a létrehozó folyamatok) között? UV – VIS: .............................................................................................................................................................. IR: ..........................................................................................................................................................................

2. Mi az eltérés a hagyományos és az FTIR spektrométerek között? ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

3. Mire jó a belső standard? Mi a használatának elvi alapja? ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

39

4. Hogyan lehet a különböző halmazállapotú anyagokból mintát készíteni? Szilárd: ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................ Folyékony: ............................................................................................................................................................. Gáz: ........................................................................................................................................................................

5. Mire használható az IR spektrum? Írjon néhány felhasználást! ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

6. Mi a fluoreszcencia? Miért szelektív és érzékeny módszer a fluorimetria? ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

40


II/14. évfolyam

7. Mi a standard addíció lényege? Milyen esetekben előnyös az alkalmazása? ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

Az ebben a fejezetben tanult ismereteket használjuk az optikai mérések 2. ciklus során. A tananyag megtalálható a szakirodalom-jegyzék 1. pontja alatti könyvben. Standard addíció a 42., illetve IR spektrometria a 48–55. oldalakon: Sőre, Tihanyi, Vámos (1999): Laboratóriumi gyakorlatok, Budapest: Képzőművészeti Kiadó.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

41

Fotometriás módszer validálása A témakör célja Ismerje meg a validálás alapfogalmait, szükségességét. Értse a validálási fogalmak közötti összefüggéseket. Tudja a tanult fogalmakat, összefüggéseket önállóan használni validálási részfeladat megtervezésére. A tanítási egységet befejező tanuló rendelkezzen olyan szakmai készségekkel, képességekkel, szakmai ismeretekkel, attitűdökkel, kompetenciákkal, amelyek lehetővé teszik, hogy validálási részfeladatot végezzen.

A validálás fogalma Az analitikai laboratóriumokkal szemben támasztott igények megkövetelik, hogy a laboratóriumok mérési eredményei: –– megbízhatóak, –– ellenőrizhetőek és –– visszakereshetőek legyenek (dokumentálás!). A validálás egy eljárás, amiben a tanulmányozzuk a módszer teljesítmény-jellemzőit és igazoljuk, hogy a módszer alkalmas az adott analitikai alkalmazásra.

Mikor van szükség validálásra? Validálásra a következő esetekben lehet szükség: –– új módszer bevezetése, –– meglévő módszer adaptációja, –– szabványmódszer kiterjesztése (más anyag, mátrix), –– eszközvásárlás, másik műszer, új analitikus akkreditáció. Az analitikai eljárás célja a validálás jellemzőinek megbecsülése.

Az analitikai módszer teljesítményjellemzői A tipikus validálási jellemzők a következők (zárójelben az angol kifejezés): –– pontosság (Accuracy); –– precizitás (Precision); –– ismételhetőség (Repeatability); –– kibővített ismételhetőség (Intermediate Precision); –– reprodukálhatóság (Reproducibility); –– szelektivitás (Selectivity), specifikusság (Specificity), azonosság (Identity); –– kimutatási határ (Detection Limit); 42


II/14. évfolyam

–– –– –– –– ––

meghatározási határ (Quantitation Limit); mérési tartomány (Range); linearitás (Linearity); robosztusság, állékonyság (Robustness); visszanyerési tényező (Recovery).

Pontosság, helyesség (Accuracy, Trueness) A hétköznapi szóhasználatban gyakran keveredik a pontosság és a precizitás fogalma. A két dolog a szaknyelvben mást jelent. A különbséget szemlélteti a következő ábra:

Precíz, de pontatlan

Pontos, de nem precíz

Nem precíz, nem pontos

Precíz és pontos

A mért és a névleges (elfogadott, vagy megállapodás szerinti hiteles) érték %‑os eltérését tekintjük a mérési eljárás pontosságának, helyességének. A referenciaanyag igazolt koncentrációjának és a mért koncentrációnak az eltérését az igazolt koncentráció százalékában megadva kapjuk a pontosságot. A pontosság megállapításához tanácsos legalább 9 meghatározást végezni, minimum 3 koncentráció értéken, ami lefedi a vizsgált tartományt (pl. 3 koncentráció, a teljes analitikai eljárás 3‑3 ismétlésével). Mintafeladat 1. Határozza meg a pontosságot a következő adatok alapján! Töltse ki a táblázat üres részeit és döntsön, hogy megfelel-e, ha a követelmény rsd ≤ 2%! Ügyeljen az előjelekre! Tényleges koncentráció [mg/ dm3] 0,500

Eredmények Mért [mg/dm3]

átlag

1.

2.

3.

4.

5.

0,489

0,512

0,509

0,506

0,504

0,504

0,791

0,798

0,816

0,788

0,797

0,798

1,099

1,103

1,125

1,099

1,106

1,106

Eltérés [mg/dm ] 3

Eltérés [%] 0,800

Mért [mg/dm3] Eltérés [mg/dm ] 3

Eltérés [%] 1,100

Mért [mg/dm3] Eltérés [mg/dm3] Eltérés [%]

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

43

Megoldás A kitöltött táblázat: Tényleges koncentráció [mg/ dm3]

Eredmények Mért [mg/dm3]

0,500


Eltérés [%] Mért [mg/dm ]

0,800

3


Eltérés [%] 1,100

átlag

1.

2.

3.

4.

5.

0,489

0,512

0,509

0,506

0,504

0,504

–0,011

0,012

0,009

0,006

0,004

0,004

–2,2

2,4

1,8

1,2

0,8

0,8

0,791

0,798

0,816

0,788

0,797

0,798

–0,009

–0,002

0,016

–0,012

–0,003

–0,002

–1,1

–0,3

2,0

–1,5

–0,4

–0,3

Mért [mg/dm ]

1,099

1,103

1,125

1,099

1,106

1,106

Eltérés [mg/dm3]

–0,001

0,003

0,025

–0,001

0,006

0,006

–0,1

0,3

2,5

–0,1

0,6

0,6

3

Eltérés [%]

A pontosság megfelelő.

Precizitás, ismételhetőség és reprodukálhatóság A precizitás az azonos, homogén minták mérése közti különbséget fejezi ki. Jellemző értékként a mérések szórását használják. Az ismételhetőség és a reprodukálhatóság különböző körülmények között végzett méréseket jellemeznek. Ismételhetőség: az azonos körülmények (azonos hely, analitikus, műszer, beállítások) közt rövid időn belül mért értékek eltérése. Az ismételhetőség megállapításához: –– legalább 9 meghatározást kell végezni, –– lefedve a vizsgált tartományt, –– pl. 3 koncentráció, a teljes analitikai eljárás 3‑3 ismétlésével –– vagy –– 6 meghatározást a vizsgálatnak megfelelő 100% koncentrációnál. Reprodukálhatóság: egyforma, szabványosított, standardizált módszer, de másik laboratóriumban, így más analitikus, műszer, beállítások mellett, lehet hosszú idő múlva a mérés.

44


II/14. évfolyam

Kiterjesztett ismétlőképesség (Intermediate precision): az egy laboratóriumon belüli változásokat fejezi ki – különböző nap, más analitikus, más műszer, felszerelés. Ha csak az eltérő napok hatását szeretnénk tudni, szokásos vizsgálata: egy hétig – vagy nem folyamatos munkarend esetén 5 napig – minden nap az aznap készített 3 különböző (a vizsgált tartományt lefedő) koncentrációjú standard mérése 1 ismétléssel. Mintafeladatok 2. Határozza meg az ismétlőképességet a következő adatok alapján! Töltse ki a táblázat üres részeit és döntsön, hogy megfelel-e, ha a követelmény rsd ≤ 2%! Mérési eredmények [mg/dm3]

átlag

Koncentráció [mg/dm3]

1.

2.

3.

4.

5.

0,500

0,4894

0,5122

0,5094

0,5060

0,5040

0,800

0,7910

0,7976

0,8157

0,7878

0,7969

1,100

1,0986

1,103

1,1248

1,0993

1,1064

szórás

[mg/dm ] 3

rsd

[mg/dm ] 3

[%]

Megoldás A kitöltött táblázat: átlag [mg/dm3] 0,5042 0,7978 1,1064

Koncentráció [mg/dm3] 0,500 0,800 1,100

szórás [mg/dm3] 0,0089 0,0108 0,0108

rsd [%] 1,77 1,35 0,98

A relatív szórás mindhárom koncentráció esetében kisebb 2 %-nál, tehát megfelel. 3. Határozza meg a kiterjesztett ismétlőképességet a következő adatok alapján! Töltse ki a táblázat üres részeit és döntsön, hogy megfelel-e, ha a követelmény rsd ≤ 3% Mérési eredmények [mg/dm3]

átlag


1.

2.

3.

4.

5.

0,500

0,4852

0,4780

0,5084

0,4902

0,4894

0,800

0,7878

0,8190

0,8124

0,7752

0,7982

1,100

1,0993

1,1207

1,1220

1,0546

1,0988

szórás

[mg/dm ] 3

rsd

[mg/dm ] 3

[%]

Megoldás A kitöltött táblázat: átlag

szórás

rsd


[mg/dm ]

[mg/dm ]

[%]

0,500

0,4903

0,0112

2,24

0,800

0,7985

0,0178

2,23

1,100

1,0991

0,0273

2,48

3

3

A relatív szórás mindhárom koncentráció esetében kisebb 3%-nál, tehát megfelel.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

45

Szelektivitás, specifikusság, azonosság A szelektivitás azt jellemzi, hogy a módszer, ami több alkotót is mér, mennyire képes azok között különbséget tenni. A zavaró összetevő növelheti, csökkentheti, vagy torzíthatja a jelet. A zavaró hatásokat a mátrixkomponenseknek a kalibrálóoldathoz adásával tanulmányozhatjuk. Specifikus az a módszer, ami csak az adott komponenst méri, azaz teljesen szelektív. Azonosság: a jel csak a meghatározandó anyagtól származik, nem valami ahhoz fizikailag vagy kémiailag hasonló anyagtól.

Kimutatási határ (Detection Limit), meghatározási határ (Quantitation Limit) Kimutatási határ az a legalacsonyabb mennyiség vagy koncentráció, amit az analitikai eljárás érzékelni képes (tehát meg tud különböztetni a vakmintától), de mennyiségileg meghatározni már nem. Általában az a legkisebb koncentráció, amire kapott jel értéke a vakmintára kapott átlagos jeltől a vakminta szórásának (ezt tekintjük zajnak) háromszorosával különbözik. A méréshez 10 független vakmintát készítünk. Mérjük az ezekre kapott jelet! Számítsuk a jel szórását, ebből és a kalibrációs függvény meredekségéből (érzékenység) a képlet szerint számoljuk a kimutatási határt: cL =

3 ⋅ svak , ahol S

cL: a kimutatási határ, svak: a vakmintára kapott jel szórása, S: az érzékenység (nem lineáris függvénynél a 0 koncentrációnál). Az így meghatározott kimutatási határnál mérve 33% relatív szórásra számíthatunk. Meghatározási határ az a legalacsonyabb mennyiség vagy koncentráció, amit az analitikai eljárás mennyiségileg meghatározni képes, a megadott precizitással (relatív szórással). Általában a 10% a maximális szórás, amit elfogadnak. Ha a jel a koncentráció lineáris függvénye és a szórás nem változik (szűk tartományban elfogadható feltételezés), akkor a meghatározási határ az a legkisebb koncentráció, amire kapott jel értéke a vakmintára kapott átlagos jeltől a vakminta szórásának tízszeresével különbözik. A kimutatási határ mérésekor kapott adatok felhasználásával számítjuk a képlet alapján: c Q=

10 s vak ahol S

CQ: a meghatározási határ, svak: a vakmintára kapott jel szórása, S: az érzékenység (nem lineáris függvénynél a 0 koncentrációnál). 46


II/14. évfolyam

Az így meghatározott kimutatási határnál mérve 10% relatív szórásra számíthatunk. Mintafeladat 4. Határozzuk meg a kimutatási és a meghatározási határt! A kalibrációs görbe függvénye: A = –0,0104·c2+0,2207·c, a vakpróba szórása 0,0007. Megoldás A kalibrációs görbe függvénye alapján az érzékenység c = 0-nál: S = 0,2207/(mg/ℓ).

0,0095 mg/ℓ 0,032 mg/ℓ

Mérési tartomány, lineáris tartomány Mérési tartomány: az a koncentráció-tartomány, amin belül a mérés a kívánalmaknak megfelelő minőségben végezhető. A mérésnél alkalmazható tartomány kiválasztása többféle módon történhet: –– Érzékenység változása alapján, azt a koncentrációt fogadjuk el a tartomány felső határának, aminél az érzékenység a kezdeti érték meghatározott részére (pl. felére vagy harmadára) csökken. –– A szórások alapján, azt a tartományt választjuk, amin belül a szórás nem nagyobb, mint az elvárás. A lineáris tartomány az egyenes illesztés minősége alapján is megítélhető, de pontosabb, megbízhatóbb eredményt adnak az erre a célra használható próbák, amelyekkel itt nem foglalkozunk. Mintafeladatok 5. Határozzuk meg a mérési tartományt a következő kalibrációs görbe alapján!

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

47

A felső határ az az érték legyen, ahol az érzékenység a kezdetinek a felére csökken! Megoldás A kalibrációs görbe (másodfokú polinom) differenciál-hányados függvénye: (A’= 0,2207‑2·0,0104·c). Az érzékenység ebből számítható. A kezdeti érzékenység A’(0) = 0,2207. A fele érzékenység: A’(c1) = 0,11035 Eredmény: c1 = 5,30 mg/dm3. 6. Határozzuk meg a mérési tartományt a következő mérési adatok alapján! Rajzoljon szórásgörbét a koncentráció függvényében (célszerű a logaritmikus lépték)! Válassza ki a megfelelő tartományt, ha az elvárás max. 3% szórás! konc.

rsd %

konc.

rsd %

konc.

rsd %

0,003

nem ért.

0,300

1,80

2,000

2,0

0,010

29

0,500

1,77

3,000

3,5

0,030

9

0,800

1,35

5,000

6

0,050

5

1,100

0,98

7,000

9

0,100

3,0

1,500

1,20

10,000

14

Megoldás

0,1–3,0 mg/ℓ a megfelelő.

Robosztusság, állékonyság (Robustness) Azt mutatja meg, hogy a módszer mennyire tűri a zavaró hatásokat; a mérési paraméterek (pl. pH, ionerősség, hőmérséklet stb.) megváltoztatása mennyire befolyásolja a kapott jel nagyságát. Célszerű a módszerfejlesztés korai szakaszában elvégezni.

Visszanyerési tényező (Recovery) Környezeti mérések során gyakran nem tudjuk a jelenlévő anyag teljes mennyiségét mérni (pl. kioldási, extrakciós veszteség, anyag visszamarad a mátrixban), ezért a visszanyerés hatásfokát az adott körülményekre meg kell mérni.

48


II/14. évfolyam

Visszanyerési tényező: az az arány, ami megmutatja, hogy a mintában lévő mérendő anyag hányadrészét (vagy hány %-át) tudjuk megmérni.

R=

R: a visszanyerés; ci: mért érték; cref: várt érték.

ci , ahol c r ef

A várt értéket irodalmi adatok, vagy a hozzáadott (spike, surrogate standard) anyagok mennyisége adja. Mintafeladat 7. Egy talajminta két, egyenként 1,5 g-os részletét vizsgáltuk. Az egyikből készített 100 cm3 talajkivonatban 0,8 mg/ℓ vastartalmat mértünk. A másik részlethez hozzáadtunk 0,5 cm3 0,2 mg/cm3 vastartalmú oldatot. A talajkivonatot abból is 100 cm3-re töltöttük fel. Ebben az oldatban 1,7 mg/ℓ vastartalmat mértünk. Számítsa ki a talaj vastartalmát (ppm = mg/kg) és a visszanyerési tényezőt! Megoldás Az első részletből készült 100 cm3-ben volt 0,08 mg Fe. A második részlethez adtunk 0,5 cm3·0,2 mg/cm3 = 0,1 mg vasat. A második részletből készült 100 cm3-ben volt 0,17 mg Fe. Ez 0,09 mg-mal több, mint az első, tehát a hozzáadott 0,1 mg vasból ennyit sikerült visszanyerni. R=

A visszanyerés 0,9, azaz 90%.

PETRIK TISZK

ci 0 ,09 mg = = 0,9 c ref 0 ,1 mg

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

49

Ellenőrző feladatok 1. Hogyan merült fel az igény a validálásra? ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

2. Mit jelent a validálás?

3. Soroljon fel néhány validálási jellemzőt! ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

4. Állítsa párba a magyar és angol elnevezéseket! Írja az üres mezőbe az angol kifejezés megfelelő betűjelét! 1.

Kimutatási határ

a)

Accuracy

2.

Mérési tartomány

b)

Detection Limit

3.

Pontosság

c)

Range

4.

Visszanyerési tényező

d)

Recovery

5. Mi a különbség a pontosság és a precizitás között? ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

50


II/14. évfolyam

6. Mit tud mondani a következő három adathalmaz a pontosságáról és precizitásáról?

a)

b)

c)

a) ............................................................................................................................................................................ b) ............................................................................................................................................................................ c) ............................................................................................................................................................................

7. Mi a különbség az ismételhetőség és a reprodukálhatóság között? ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

8. Állítsa növekvő sorrendbe a következőket: kiterjesztett ismételhetőség, reprodukálhatóság, ismételhetőség! Válaszát indokolja! ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

9. Mit jelent a kimutatási határ? Miért a szórás 3-szorosát választották? ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

51

10. Egy mérés érzékenysége S = 0,185/(mg/ℓ), a vakpróba szórása 0,0009. Hány mg/ℓ a meghatározási határ? (0,049 mg/ℓ) ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

11. Hogyan lehet a mérési tartományt meghatározni? a) ............................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ b) ............................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

12. Egy talajminta két, egyenként 1 g-os részletét vizsgáltuk. Az egyikből készített 100 cm3 talajkivonatban 1 mg/ℓ vastartalmat mértünk. A másik részlethez hozzáadtunk 0,4 cm3 0,2 mg/ cm3 vastartalmú oldatot. A talajkivonatot abból is 100 cm3-re töltöttük fel. Ebben az oldatban 1,7 mg/ℓ vastartalmat mértünk. Számítsa ki a visszanyerési tényezőt! (0,88) ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

52


II/14. évfolyam

Optikai mérések gyakorlat 2. ciklus A témakör célja Mérések, gyakorlatok végzése: –– a FTIR spektrofotometriás és fluorimetriás mérések köréből ismerje a műszerek működését és képes legyen használni azokat, –– belső standard és standard addíció alkalmazása, hogy ismerjen és tudjon használni kevéssé általános mérési módokat. Mérési adatok feldolgozása, eredmény értékelése. Validálási részfeladat végzése. Ezzel a tevékenységgel szerzett tudás készíti fel egy általános laboratóriumi mérés (vegyipari munkahelyen) végzésére, annak dokumentálására. A tanítási egységet befejező tanuló rendelkezzék olyan szakmai készségekkel, képességekkel, szakmai ismeretekkel, attitűdökkel, kompetenciákkal, amelyek lehetővé teszik, hogy az igényesebb, összetettebb optikai méréseket egyedül vagy csoportban szakszerűen elvégezze, a mérést kiértékelje és dokumentálja. A második ciklus során 6 mérést kell elvégezni és egy elmaradt vagy rosszul sikerült mérés pótlására van mód.

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

53

7. gyakorlat

Csapadékminta pH-jának fotometriás meghatározása Feladat Egy iskola környezetvédő szakköre csapadékminták pH-ját kívánja vizsgálni. Az Ön feladata, hogy egy egyszerű fotometriás módszert ellenőrizzen.

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3x45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: metilvörös-indikátor, pufferoldatok pH = 4,2 és pH = 5,5. Szükséges eszközök: 100 cm3-es mérőlombikok, büretta, fogóval, állvánnyal, spektrofotométer látható tartományban, üveg vagy műanyag küvetta. A mérés elve: két alkalmas hullámhosszon mérve az indikátor két formájának (savas és lúgos) koncentrációja egymás mellett meghatározható (két ismeretlenes egyenletrendszer), ebből a pH számítható. Vizsgálandó minta: névvel ellátott 100 cm3-es mérőlombikot beadunk. A visszakapott lombik tartalmából 20,0 cm3-t főzőpohárba töltünk, hozzáadunk bürettából 1,0 cm3 indikátoroldatot. A vizsgálat menete 1. K ét külön kalibrálóoldatot készítsen: az indikátorból bürettával mérjen ki 5,0‑5,0 cm3-t egy-egy 100 cm3-es mérőlombikba és a pH = 4,2 illetve a pH = 5,5 pufferoldattal töltse jelig, homogenizálja! 2. Három további ismert pH-jú pufferoldattal (pl. pH = 4,4, pH = 4,7 és pH = 5,0) is ugyanezt tegye (5,0‑5,0 cm3 indikátort lombikban 100 cm3-re töltsön a pufferrel)! 3. Kapcsolja be a fotométert és bemelegedés után a műszer leírása segítségével végezze el a mérést! 4. A küvettába ioncserélt vizet töltve a látható tartományban (400–750 nm) vegyen fel alapvonalat! 5. Vegye fel a pH = 4,2 indikátor spektrumát, keresse meg rajta az elnyelési maximumot, olvassa le és jegyezze fel a hullámhosszat (λ1) és az abszorbanciát (A11), majd a spektrumot mentse el! 6. Vegye fel a pH = 5,5 indikátor spektrumát, keresse meg rajta az elnyelési maximumot olvassa le és jegyezze fel a hullámhosszat (λ2) és az abszorbanciát (A22), olvassa le és jegyezze fel a pH = 4,2 indikátor elnyelési maximumánál (λ1) is az abszorbanciát (A21)! 7. Töltse vissza a pH = 4,2 indikátor spektrumát, olvassa le és jegyezze fel a pH = 5,5 indikátor elnyelési maximumánál (λ2) is az abszorbanciát (A12)! Ezzel a kalibráció kész. 8. Az ismeretlen(ek) spektrumát is vegye fel és a spektrumról a λ1 és λ2 hullámhossznál (ez nem feltétlenül az elnyelési maximumnál lesz!) olvassa le és jegyezze fel az abszorbanciákat (Am1 és Am2)! 9. A készüléket kapcsolja ki, a küvettát és a többi eszközt megtisztítva tegye el!

54


II/14. évfolyam

Számítások –– A két különböző pH értéken (esetünkben pH = 4,2 és pH = 5,5) felvett spektrum leolvasott abszorbancia értékeiből hányadost képezünk (h1 = A11/A12 és h2 = A21/A22). –– A minta abszorbancia értékeiből is hányadost képezünk (Am1/Am2). –– Az adatainkból táblázatot készítünk, a rovatokba a megfelelő számértékek kerülnek: λ → λ1 (pH = 4,2 elny. λ2 (pH = 5,5 elny. max.) max.)

pH ↓

hányados

4,2

A11

A12

h1 = A11/A12

5,5

A21

A22

h2 = A21/A22

ismeretlen

Am1

Am2

hm = Am1/Am2

–– A kalibrálóoldatok pH értékeit (esetünkben pH = 4,2 és pH = 5,5) ábrázoljuk a hányadosok függvényében logaritmikus skálát használva! –– Kézi egyenes illesztés esetén (mm-papír), a leolvasás grafikusan történik! –– Ha számítógépes programmal (pl. MS Excel) végezzük, elsőfokú (egyenes) trendvonalat illesszünk, írassuk ki az egyenletet! Ebben az esetben az eredményt az egyenes egyenletéből számítjuk (vagy a programmal számíttatjuk) ki. A mérés dokumentálása – a jegyzőkönyv tartalmazza: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszert; –– a mérési beállításokat és adatokat; –– a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); –– az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Minta megnevezése Minta megnevezése

A minta vizsgálat szerinti pH-ja

1. 2. A spektrumokat és a diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz. Megjegyzés: A vegyszerekkel végzett munkák során, egyéni védőeszköz (gumikesztyű, szemüveg) használata kötelező. A mérés hordozható LED fotométerrel is végezhető, a pH = 4,2 és pH = 5,5 indikátor vizsgálatát végezhetjük laboratóriumban, a helyszínen már csak a csapadékminta két hullámhosszon (két LED-del) való mérése szükséges. Értékelési szempontok –– az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) –– a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága –– a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége –– a kiértékelés minősége –– határidőre való beadás

60%; 10%; 10%; 10%; 10%.


A csapadékok pH-ja fontos adat. pH < 5,5 esetén beszélünk savas csapadékról. A savas csapadék károkat okozhat a természetes és az épített környezetben. Házi feladat: Nézzen utána a szakirodalomban, milyen indikátorok jöhetnek szóba a mérni kívánt tartományban (pH = 3‑6)! Jegyezze fel az adatokat és a forrást!

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

55

8. gyakorlat

Minta CaCO3 tartalmának meghatározása belső standard kalibrációval, iR spektrometriásan Feladat Egy laboratóriumban porminták összetételét vizsgálják. A Ön feladata porfesték minták CaCO3 tartalmának mérése IR spektrometriásan, belső standard alkalmazásával.

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 × 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: standard, ismert CaCO3-tartalmú anyagok (pl. 10, 30 és 50%), ezek készen vannak, KBr. Szükséges eszközök: analitikai mérleg, dörzsmozsár, FTIR spektrométer, pasztillázó. A mérés elve: a többkomponensű keverék összetevőinek abszorbanciáját a vizsgált két anyagra jellemző (infravörös spektrumú) elnyelési helyeken mérjük. A meghatározandó kalcium-karbonát abszorbanciáit a belső standardként használt (a mintában, illetve a standardokban azonos mennyiségben lévő) kalcium-szulfát abszorbanciához viszonyítjuk. Ezzel a pasztillakészítés során fellépő pontatlanságokból eredő hibákat kiküszöböljük. Vizsgálandó minta: a névvel ellátott, tiszta, száraz bemérőedénybe kiadott porminta. A vizsgálat menete 1. Az ismert kalcium-karbonát tartalmú porkeverékekből külön-külön mérje ki a megadott mennyiséget analitikai mérlegen, a szükséges (általában 100‑200-szoros) mennyiségű KBr-ot mindegyikhez mérje hozzá! 2. Mozsárban gondosan dörzsölje el, ezek lesznek a kalibrálókeverékek! 3. A mintá(ka)t is így kell előkészíteni. 4. Készítsen egy hátteret is, ez csak KBr-ot tartalmaz hasonló mennyiségben! 5. Mindegyikből készítse el a pasztillát (1 háttér, 3 standard és a minták)! 6. A pasztillatartóba tegye a hátteret, helyezze be a készülékbe! Vegye fel a hátteret! 7. A továbbiakban egymás után vegye fel a standard pasztillák és a minták spektrumát! 8. Minden spektrumban keresse meg a karbonátra jellemző 875 cm–1 körüli és a szulfát-ionra jellemző 602 cm–1 körüli hullámszámú csúcsot! 9. A kiválasztott csúcsok magasságát (az abszorbanciát) olvassa le, jegyezze fel! Számítások –– A standardok értékeiből készítse el a következő táblázatot, a rovatokba a megfelelő számértékek kerüljenek: CaCO3 %

2–

A1 ( CO 3

)

2–

A2 ( SO 4 )

A1/A2

10 30 50 ismeretlen –– –– –– ––

A két hullámszámon mért abszorbanciák hányadosa az összetétellel egyértelmű összefüggésben van. A függvényt egyenessel közelítse, az ismeretlen összetételét abból számítsa! Kézi egyenes illesztés esetén (mm-papír), a leolvasás grafikusan történik. Ha számítógépes programmal (pl. MS Excel) végezzük, elsőfokú (egyenes) trendvonalat illesszünk, írassuk ki az egyenletet és az R2 értékét is! Ebben az esetben az eredményt az egyenes egyenletéből számítjuk (vagy a programmal számíttatjuk) ki. –– Lehetséges, hogy az FTIR saját szoftvere elvégzi ezt nekünk így, vagy esetleg csúcs alatti területek használatával.

56


II/14. évfolyam

A mérés dokumentálása – a jegyzőkönyv tartalmazza: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszert; –– a mérési beállításokat és adatokat; –– a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); –– az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. A minta megnevezése, jele

A minta elemzés szerinti CaCO3 tartalma

Az minta gyártási bizony- Eltérés %-a latában szereplő CaCO3tartalom

1. 2. A spektrumokat és a diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz. Megjegyzés: A standard és a mintaanyagok is már tartalmazzák a belső standard anyagot (CaSO4·2 H2O), hogy a mérés az időkereten belül elvégezhető legyen. Az „igazi” méréseknél azt is a mérést végző, előkészítő személy keveri hozzá. A méréshez használt anyagok, vegyszerek kevéssé veszélyesek, de poruk belégzése kerülendő. Értékelési szempontok –– az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) –– a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága –– a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége –– a kiértékelés minősége –– határidőre való beadás

60%; 10%; 10%; 10%; 10%.


A módszer alkalmas különböző minták (pl. kőzet, ásvány, festék, cement) CaCO3 tartalmának meghatározására. Házi feladat: A szakirodalomban (írott vagy internet) fellelhető spektrumok alapján állapítsa meg, lehetne-e más hullámszám(ok)on végezni a mérést! A hullámszám(ok)on kívül a forrást is jegyezze fel!

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

57

9. gyakorlat

Vas meghatározása tiocianátos módszerrel spektrofotometriásan, standard addícióval Feladat A laboratóriumban, ahol dolgozik, talajmintákat elemeznek. Az Ön feladata a talajminták híg savban oldódó vastartalmának meghatározása spektrofotometriásan standard addícióval.

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 × 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: vas törzsoldat (0,2 mg Fe2+/cm3), vas munkaoldat (20 µg Fe2+/cm3), 200 g/ℓ KSCN oldat, 0,1 mol/ dm3-es HCl, cc. HNO3, 5 %-os H2O2, ioncserélt víz, szűrőpapír. Szükséges eszközök: bemérőedény, analitikai mérleg, szárítószekrény, 50 és 100 cm3-es mérőlombikok, tölcsérek, szűrőkarika, állvány, automata pipetta, pipetta, üveg vagy műanyag küvetta, spektrofotométer. A mérés elve: A vasionok háromértékű formája rodanid (tiocianát) ionnal sötétvörös komplexet alkot: Fe3+ + 6 SCN– ⇌ [Fe(SCN)6]3– Ennek abszorbanciája a látható tartományban található elnyelési maximumán arányos az oldat vas(III)-ion tartalmával. Vizsgálandó minta: egy tiszta, száraz, névvel ellátott, bemérőedényt analitikai mérlegen mérjen le, adja be talajmintáért. A vizsgálat menete: 1. A visszakapott bemérőedényt (csukott fedéllel) analitikai mérlegen mérje le, a tömeget jegyezze fe! A mintát keverje meg vegyszeres kanállal, és kb. a felét vigye át egy főzőpohárba, néhány cm3 ioncserélt vízzel a kanalat öblítse bele! 2. A bemérőedényt a minta maradékával (csukott fedéllel) ismét mérje le, a tömeget jegyezze fel, majd (nyitott tetővel) tegye be szárítószekrénybe száradni 105 °C-ra! 3. A minta főzőpohárba került részét kb. 25 cm3 0,1 mol/dm3-es HCl-oldattal keverje fel, hagyja ülepedni! Az oldat tisztáját szűrőpapíron szűrje egy 100 cm3-es mérőlombikba! A sósavas mosást – ülepítést – szűrést további kétszer 25‑25 cm3-rel végezze el! A mérőlombikba 10 csepp cc. HNO3-at, 1,0 cm3 5%-os H2O2-ot és 5,0 cm3 tiocianát-oldatot adjon, majd ioncserélt vízzel töltse jelig! Ez a mintaoldat. 4. Öttagú oldatsorozatot készítsen: 0; 1,0; 2,0; 3,0 illetve 4,0 cm3 munkaoldatot mérjen automata pipettával egy-egy 50 cm3-es mérőlombikba! Mindegyikbe pipettázzon 10,0 cm3 az előző pont szerint előkészített mintaoldatot, majd ioncserélt vízzel állítsa jelre és homogenizálja! 5. A spektrofotométert kapcsolja be, bemelegedés után a kezelési útmutató segítségével végezze el a mérést! 6. A küvettába desztillált vizet töltve a készüléket 500 nm hullámhosszra állítva nullázza! 7. Az oldatsorozat tagjainak abszorbanciáját ugyanezen a hullámhosszon mérje, az adatokat jegyezze fel vagy nyomtassa ki! 8. A készüléket kapcsolja ki, a küvettát és a többi eszközt megtisztítva tegye el! 9. A szárítószekrényből kivett talajminta (másik rész) tömegét mérje meg és jegyezze fel a tömegállandóság elérése után! Számítások: –– A mérési adataiból készítsen standard addíciós diagramot, vízszintesen a koncentráció-növekedések mg/ℓ-ben (kiszámítandók!), függőlegesen az abszorbanciák legyenek! –– A 0 koncentráció-növekedés, azaz az y tengely az addícionálatlan mintának felel meg. –– A pontokhoz illesztett egyenes az x-tengely negatív részén kimetszi az eredményt (természetesen pozitív!). –– Kézi egyenes illesztés esetén (mm-papír), a leolvasás grafikusan történik. –– Ha számítógépes programmal (pl. MS Excel) végzi, elsőfokú (egyenes) trendvonalat illesszen, írassa ki az egyenletet és az R 2 értékét is! Ebben az esetben az eredményt az egyenes egyenletéből számítsa (vagy a programmal számíttassa) ki! –– Az eredményt mg/ℓ-ben kapja, de ezt át kell számítani és mg Fe/kg-ban (ppm) kell megadni a száraz talajminta tömegéhez viszonyítva!

58


II/14. évfolyam

A mérés dokumentálása – a jegyzőkönyv tartalmazza: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszert; –– a mérési beállításokat és adatokat; –– a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); –– az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve.

Minta jelzése Minta jelzése

A minta elemzés szerinti összes Fe-tartalma

1. 2. A kalibrációs diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz! Megjegyzés: a vegyszerekkel való munka során kötelező az egyéni védőfelszerelés (gumikesztyű, védőszemüveg) használata, a tömény savval fülke alatt dolgozzunk. Értékelési szempontok –– az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) –– a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága –– a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége –– a kiértékelés minősége –– határidőre való beadás

60%; 10%; 10%; 10%; 10%.


A talaj vastartalma fontos a növények és más élőlények számára, a kevés és sok is káros lehet. Házi feladat: A szakirodalomban nézzen utána a mérés alapjául szolgáló komplex stabilitásának! A stabilitási állandó értékét és a forrást (könyv) jegyezze fel!

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

59

10. gyakorlat

Üdítőital kinintartalmának fluorimetriás meghatározása Feladat Ön egy élelmiszervizsgáló laboratóriumban dolgozik. Feladata – többek között – üdítőitalok kinintartalmának meghatározása, ellenőrzése.

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 × 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: kinin, 0,05 mol/dm3-es kénsav, kinintartalmú üdítőital. Szükséges eszközök: 50 mℓ-es és 100 mℓ-es mérőlombikok, automata pipetta, spektrofluoriméter, „négyoldalas” kvarcküvetta A mérés elve: a kinin aromás gyűrűje, ultraibolya fény hatására (450 nm környékén), intenzíven fluoreszkál. Az emittált fluoreszcens fény erőssége, nagyon híg kininoldatok esetén, arányos lesz a kinin koncentrációjával. A kinin képlete

Vizsgálandó minta: üdítőital (tonik), amiből mindenki (külön-külön) 100 cm3 térfogatú 1000-szeres hígítást készít (a 0,05 mol/dm3-es kénsavoldattal) és azt kivételre névvel ellátva beadja. A visszakapott lombik tartalmát ismét jelig tölti 0,05 mol/dm3-es kénsavoldattal. A vizsgálat menete 1. Készítsen kinin törzsoldatot: 100 mg kinint 0,05 mol/dm3-es kénsavban oldjon fel, és töltse jelre egy 100 mℓ-es mérőlombikban! A törzsoldat 1 mg/mℓ kinin tartalmú. 2. Készítsen kalibrálóoldat-sorozatot a törzsoldat hígításával (0,05 mol/dm3-es kénsavval) 50‑50 mℓ térfogatban 20, 40, 60, 80, illetve 100 µg/ℓ koncentrációval! 3. Kapcsolja be a spektrofluorimétert és a xenon lámpát, indítsa el a számítógépes szoftvert! 4. A készülék tesztjének lefutása után, a kvarcküvettába töltsön a 100 µg/ℓ koncentrációjú kinin oldatból! 5. Ha van rá mód, vegye fel a spektrumot, kerestesse meg a műszerrel az optimális gerjesztési és mérési hullámhosszat, ezeket jegyezze fel! 6. A mennyiségi üzemmódban állítsa be az előzőekben kapott értékeket (gerjesztési és mérési hullámhossz)! 7. Az oldatsorozat tagjainak és a mintáknak a fénykibocsátását mérje meg! 8. A xenonlámpát kapcsolja ki! Ha van mód rá, az adatokat nyomtassa ki, ha nincs, jegyezze fel, és a készüléket kapcsolja ki! 9. A küvettát és az eszközöket megtisztítva tegye el! Számítások: –– A mérési adataiból készítsen kalibrációs diagramot, vízszintesen a koncentrációk µg/ℓ-ben, függőlegesen az emissziók legyenek! –– Kézi egyenes illesztés esetén (mm-papír), a leolvasás grafikusan történik. –– Ha számítógépes programmal (pl. MS Excel) végzi, elsőfokú (egyenes) trendvonalat illesszen, írassa ki az egyenletet és az R 2 értékét is! Ebben az esetben az eredményt az egyenes egyenletéből számítsa (vagy a programmal számíttassa) ki! –– Természetesen, ha a gép szoftvere mindezt megteszi helyettünk, ezzel nincs dolgunk.

60


II/14. évfolyam

A mérés dokumentálása – a jegyzőkönyv tartalmazza: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszert; –– a mérési beállításokat és adatokat; –– a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); –– az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Minta megnevezése Minta megnevezése

A minta elemzés szerinti kinin tartalma

Az üdítő címkéjén feltüntetett kinintartalom

Eltérés %-a

1. 2. A diagramot, illetve amit a szoftverrel kinyomtatott, mellékelje a jegyzőkönyvhöz! Megjegyzés: a vegyszerekkel való munka során kötelező az egyéni védőfelszerelés (gumikesztyű, védőszemüveg) használata, a tömény savval fülke alatt dolgozzunk. Ügyeljünk rá, hogy végig ugyanazt a küvettát használjuk, és mindig azonos helyzetben tegyük a készülékbe! Értékelési szempontok –– az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) –– a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága –– a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége –– a kiértékelés minősége –– határidőre való beadás

60%; 10%; 10%; 10%; 10%.


A kinin, a kínafa kérgében található alkaloid, üdítőitalok (pl. tonik) és gyógyszerek alkotórésze. Érzékenyen és szelektíven mérhető fluorimetriásan. Házi feladat: Nézzen utána, milyen gyógyszerként használják a kinint, és milyen hatásai lehetnek (még)! A forrást jegyezze fel!

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

61

11. gyakorlat

Szerves anyag meghatározása FTIR méréssel Feladat Egy laboratóriumban szerves anyagok azonosítása történik. Ön, mint új munkatárs, a feladattal és a készülékkel való ismerkedés céljából gyakorló és vizsgafeladatként egyszerű vegyületek azonosítását kapja.

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 × 45 perc) A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: szerves anyagok (alkoholok, észterek, aceton), kloroform. Szükséges eszközök: cseppentő, gyorsmérleg, kis főzőpoharak, KBr-küvetta, FTIR spektrofotométer. A mérés elve: szerves anyagok az IR spektrumuk alapján – bizonyos korlátok között – azonosíthatók. Vizsgálandó minta: a főnök (esetünkben a tanár) által megadott sorszámmal ellátott üvegben lévő folyadék. A vizsgálat menete 1. Kapcsolja be a készüléket! 2. A KBr-küvettát töltse meg az oldószerrel (CHCl3), és a küvettát a tartóval helyezze be a készülékbe! 3. Vegye fel a hátteret! 4. A küvettából a CHCl3-ot öntse a hulladékgyűjtőbe, és töltse fel a mintával! 5. Vegye fel a spektrumot és mentse el! A küvettát a kloroformmal öblítse ki, és tegye el! 6. A spektrum nagyobb csúcsainak hullámszámai alapján próbálja meg behatárolni a vegyület típusát (lánc jellege, funkciós csoportok)! 7. Az azonosított csúcsokra és néhány további nagyobb csúcsra írja rá a hullámszámot és az abszorbanciát, a spektrumot nyomtassa ki! 8. Keressen a számítógépen hasonló spektrumokat! 9. Az azonosítás a normált spektrumok segítségével történhet (ld. számítások). Számítások –– A saját anyaga spektruma adataiból készítsen táblázatot: A csúcs sorszáma A csúcs sorszáma

A csúcs hullámszáma cm–1

A csúcs abszorbanciája

A csúcs normált abszorbanciája

1. 2. –– Lehetőleg legyen 6–8 csúcs, de legalább 3–4. –– A normált abszorbancia rovatba kerülő érték kiszámítása: minden abszorbanciát elosztunk a legnagyobb abszorbanciával (így abból 1 lesz, a többi kisebb). –– Ugyanezt elvégezzük a „gyanúsított” anyagokkal is (amelyeknek a spektrumát hasonlónak látjuk). –– Két anyagot akkor tekinthetünk azonosnak, ha a csúcsok hullámszáma és a normált abszorbanciák egy tűréshatáron belül megegyeznek. Tűréshatárnak tekintsük a hullámszámnál az ±5 cm–1-t, a normált abszorbanciáknál a ±5%-ot!

62


II/14. évfolyam

A mérés dokumentálása – a jegyzőkönyv tartalmazza: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszert; –– a mérési beállításokat és adatokat; –– a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); –– az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Minta csúcs hullám- Referencia anyag száma cm–1 csúcs hullámszáma

Eltérés, cm–1

Minta csúcs abszorbancia

Referencia anyag abszorbancia

Eltérés %-a

1. 2. A spektrumokat mellékelje a jegyzőkönyvhöz! Megjegyzés: A vegyszerekkel való munka során kötelező az egyéni védőfelszerelés (gumikesztyű, védőszemüveg) használata, az illékony anyagokkal fülke alatt dolgozzunk. Ügyeljünk rá, hogy a KBr-küvettát mindig azonos helyzetben tegyük a készülékbe! Értékelési szempontok –– az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) –– a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága –– a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége –– a kiértékelés minősége –– határidőre való beadás

60%; 10%; 10%; 10%; 10%.


A korszerű készülékek is ugyanilyen elv alapján azonosítják a vizsgált anyagot, csak az összehasonlítást egy szoftver végzi, a spektrumokat egy könyvtárból veszi, amiben akár több tízezer vagy százezer anyag is lehet. A lehetséges anyagokról listát ad, az azonosság valószínűsége (%) szerint csökkenő sorba rendezve. A mérő vagy a kiértékelő személy feladata eldönteni, melyik az „igazi”, hiszen a gép gondolkodni nem tud helyettünk. Házi feladat: A vizsgált anyag IR spektrumát keresse meg az interneten! Nyomtassa ki és az URL-t jegyezze fel!

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

63

12/A gyakorlat

Validálási részfeladat – kimutatási és meghatározási határ Feladat Ön egy módszerfejlesztő és validáló laboratóriumban dolgozik. Feladata, hogy a megadott validálási jellemző (a kimutatási és meghatározási határ) vizsgálatát elvégezze az adott módszerre: kinin meghatározása spektrofluorimetriásan.

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 × 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: kinin, 0,05 mol/dm3-es kénsav. Szükséges eszközök: 50 mℓ-es és 100 mℓ-es mérőlombikok, automata pipetta, spektrofluoriméter, „négyoldalas” kvarcküvetta A mérés elve: a kinin aromás gyűrűje, ultraibolya fény hatására (450 nm környékén), intenzíven fluoreszkál. Az emittált fluoreszcens fény erőssége, nagyon híg kininoldatok esetén, arányos lesz a kinin koncentrációjával. A kinin képlete

A vizsgálat menete 1. Készítsen kinin törzsoldatot: 100 mg kinint 0,05 mol/dm3-es kénsavban oldjon fel, és töltse jelre egy 100 mℓ-es mérőlombikban! A törzsoldat 1 mg/mℓ kinin tartalmú. 2. Készítsen kalibrálóoldat-sorozatot a törzsoldat hígításával (0,05 mol/dm3-es kénsavval) 50‑50 mℓ térfogatban 2, 4, 6, 8, illetve 10 µg/ℓ koncentrációval! 3. Kapcsolja be a spektrofluorimétert és a xenon lámpát, indítsa el a számítógépes szoftvert! 4. A mennyiségi üzemmódban állítsa be az előző kinines méréskor kapott gerjesztési és mérési hullámhossz értékeket! 5. Az oldatsorozat tagjainak a fénykibocsátását mérje meg! 6. A küvettába töltsön 0,05 mol/dm3-es kénsavat (vakminta), mérje meg ennek a fénykibocsátását 5-ször egymás után úgy, hogy mindig új adagot tölt a küvettába! 7. Ha a vakminta mérésének van szórása (nem egyezőek a mérési adatok), kész a mérés. 8. Ha a vakmintára egyező a mérési adatokat kapott, a leghígabb oldat fénykibocsátását kell ötször megmérnie, de úgy, hogy a leghígabb oldatot a törzsoldatból még négyszer elkészíti, és azokat méri! 9. A xenonlámpát kapcsolja ki! Ha van mód rá, az adatokat nyomtassa ki, ha nincs, jegyezze fel, és a készüléket kapcsolja ki! 10. A küvettát és az eszközöket megtisztítva tegye el!

64


II/14. évfolyam

Számítások: –– Az oldatsorozat mérési adataiból készítse el a kalibrációs görbét! –– Az egyenes meredeksége az érzékenység (S). –– Ha a vakmintának volt szórása (svak), számolja ki abból a kimutatási határt:

c L=

3·s vak S

és a meghatározási határt:

cQ =

10 · s1 ! S

–– Ha a vakmintának nem volt szórása (svak = 0), a leghígabb oldat szórását (s1) számolja ki! Abból számítsa a

kimutatási határt: c L =

3·s vak S

és a meghatározási határt: cQ =

10 · s1 ! S

A mérés dokumentálása – a jegyzőkönyv tartalmazza: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszert; –– a mérési beállításokat és adatokat; –– a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); –– az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Érzékenység Érzékenység

A vakminta szórása

A leghígabb oldat szórása

Kimutatási határ [µg/ℓ]

Meghatározási határ [µg/ℓ]

A diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz! Megjegyzés: a vegyszerekkel való munka során kötelező az egyéni védőfelszerelés (gumikesztyű, védőszemüveg) használata, a tömény savval fülke alatt dolgozzunk! Ügyeljünk rá, hogy végig ugyanazt a küvettát használjuk, és mindig azonos helyzetben tegyük a készülékbe! A szokásos eljárás, hogy legalább 10 párhuzamost (vakmintát vagy nagyon híg oldatot) vizsgálnak, amit független módon készítenek el (nem azonos törzsoldatból), mi idő és anyagtakarékosságból egyszerűsítve végezzük a mérést! Értékelési szempontok –– az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) –– a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága –– a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége –– a kiértékelés minősége –– határidőre való beadás

PETRIK TISZK

60%; 10%; 10%; 10%; 10%.

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

65

12/B gyakorlat

Validálási részfeladat – precizitás Feladat Ön egy módszerfejlesztő és validáló laboratóriumban dolgozik. Feladata, hogy a megadott validálási jellemző (a precizitás) vizsgálatát elvégezze az adott módszerre: CaCO3-meghatározás IR spektrometriásan, belső standard alkalmazásával.

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 × 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: standard, ismert CaCO3-tartalmú anyagok (pl. 10, 30 és 50%), ezek készen vannak, KBr. Szükséges eszközök: analitikai mérleg, dörzsmozsár, FTIR spektrométer, pasztillázó. A mérés elve: a több komponensű keverék összetevőinek abszorbanciáját a vizsgált két anyagra jellemző (infravörös spektrumú) elnyelési helyeken mérjük. A meghatározandó kalcium-karbonát abszorbanciáit a belső standardként használt (a mintában, illetve a standardokban azonos mennyiségben lévő) kalcium-szulfát abszorbanciához viszonyítjuk. Ezzel a pasztillakészítés során fellépő pontatlanságokból eredő hibákat kiküszöböljük. A vizsgálat menete 1. A csoport minden tagja válasszon egyet az ismert kalcium-karbonát tartalmú porkeverékekből. Abból mérje ki a megadott mennyiséget háromszor analitikai mérlegen, a szükséges (általában 100‑200-szoros) mennyiségű KBr-ot mindegyikhez mérje hozzá! 2. Mozsárban gondosan dörzsölje el, egymás után mindhármat (a csoport többi tagja is)! 3. Készítsen egy hátteret is, ez csak KBr-ot tartalmaz hasonló mennyiségben! 4. Mindegyikből készítsék el a pasztillát (1 háttér, 3×3 standard)! 5. A pasztillatartóba tegye a hátteret, helyezze be a készülékbe! Vegye fel a hátteret! 6. A továbbiakban egymás után vegye fel a standard pasztillák spektrumát! 7. Minden spektrumban keresse meg a karbonátra jellemző 875 cm–1 körüli és a szulfát-ionra jellemző 602 cm–1 körüli hullámszámú csúcsot! 8. A kiválasztott csúcsok magasságát (az abszorbanciát) olvassa le, jegyezze fel! Számítások: –– A standardok értékeiből számolja ki az A1/A2 hányadosokat, készítsen belőle táblázatot, a rovatokba a megfelelő számértékek kerüljenek: 1. összetétel CaCO3%

2.

3.

átlag érték

párhuzamos A1/A2

A1/A2

A1/A2

10 30 50 –– Az átlag értékeket ábrázolja az összetétel függvényben! –– A függvényt egyenessel közelítse, az egyes standardok összetételét abból számítsa! Számítsa ki a párhuzamos standardok összetételét, számoljon belőlük átlagot és szórást!

66


II/14. évfolyam

A mérés dokumentálása – a jegyzőkönyv tartalmazza: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszert; –– a mérési beállításokat és adatokat; –– a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); –– az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. tényleges összetétel CaCO3%

A standardelemzés szerinti CaCO3% átlaga

A standardelemzés szerinti CaCO3% szórása

Relatív szórás %-ban

10 30 50 A diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz! Megjegyzés: a hiteles precizitás (ismételhetőségi) vizsgálathoz a standard porkeverékeket a belső standard hozzáadásával az elejétől a végéig el kell készíteni. Erre nincs időnk, ezért csak ilyen rövidített, egyszerűsített vizsgálatot végzünk. Értékelési szempontok –– az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) –– a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága –– a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége –– a kiértékelés minősége –– határidőre való beadás

PETRIK TISZK

60%; 10%; 10%; 10%; 10%.

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

67

12/C gyakorlat

Validálási részfeladat – pontosság Feladat Ön egy módszerfejlesztő és validáló laboratóriumban dolgozik. Feladata, hogy a megadott validálási jellemző (a pontosság) vizsgálatát elvégezze az adott módszerre: pH-mérés fotometriásan.

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 × 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: metilvörös-indikátor, pufferoldatok pH = 4,2 és pH = 5,5, további ismert pH-jú pufferoldatok (pl. pH = 4,4, pH = 4,7 és pH = 5,0). Szükséges eszközök: 100 cm3-es mérőlombikok, büretta, fogóval, állvánnyal, spektrofotométer látható tartományban, üveg vagy műanyag küvetta. A mérés elve: két alkalmas hullámhosszon mérve az indikátor két formájának (savas és lúgos) koncentrációja egymás mellett meghatározható (két ismeretlenes egyenletrendszer), ebből a pH számítható. A vizsgálat menete: 1. K ét külön kalibrálóoldatot készítsen: az indikátorból bürettával mérjen ki 5,0‑5,0 cm3-t egy-egy 100 cm3-es mérőlombikba és a pH = 4,2 illetve a pH = 5,5 pufferoldattal töltse jelig, homogenizálja! 2. Három további ismert pH-jú puffer oldattal (pl. pH = 4,4, pH = 4,7 és pH = 5,0) is ugyanezt tegye (5,0–5,0 cm3 indikátort lombikban 100 cm3-re töltsön a pufferrel)! 3. Kapcsolja be a fotométert és bemelegedés után a műszer leírása segítségével végezze el a mérést! 4. A küvettába ioncserélt vizet töltve a látható tartományban (400–750 nm) vegyen fel alapvonalat! 5. Vegye fel a pH = 4,2 indikátor spektrumát, keresse meg rajta az elnyelési maximumot, olvassa le és jegyezze fel a hullámhosszat (λ1) és az abszorbanciát (A11), majd a spektrumot mentse el! 6. Vegye fel a pH = 5,5 indikátor spektrumát, keresse meg rajta az elnyelési maximumot olvassa le és jegyezze fel a hullámhosszat (λ2) és az abszorbanciát (A22), olvassa le és jegyezze fel a pH = 4,2 indikátor elnyelési maximumánál (λ1) is az abszorbanciát (A21)! 7. Töltse vissza a pH = 4,2 indikátor spektrumát, olvassa le és jegyezze fel a pH = 5,5 indikátor elnyelési maximumánál (λ2) is az abszorbanciát (A12)! Ezzel a kalibráció kész. 8. Az ismert pH-jú pufferekkel készült indikátoroldatok spektrumát is vegye fel és a spektrumokról a λ1 és λ2 hullámhossznál (ez nem feltétlenül az elnyelési maximumnál lesz!) olvassa le és jegyezze fel az abszorbanciákat (Am1 és Am2)! 9. A készüléket kapcsolja ki, a küvettát és a többi eszközt megtisztítva tegye el! Számítások –– A két különböző pH értéken (esetünkben pH = 4,2 és pH = 5,5) felvett spektrum leolvasott abszorbancia értékeiből képezzen hányadost (h1 = A11/A12 és h2 = A21/A22)! –– A minta abszorbancia értékeiből is képezzen hányadost (Am1/Am2)! –– Az adatokból készítsen táblázatot, a rovatokba a megfelelő számértékek kerüljenek: λ1 (pH = 4,2 elny. max.)

λ2 (pH = 5,5 elny. max.)

hányados

4,2

A11

A12

h1 = A11/A12

5,5

A21

A22

h2 = A21/A22

ismert pH-jú oldat

Am1

Am2

hm = Am1/Am2

pH ↓

λ→

….. –– A kalibráló oldatok pH értékeit (esetünkben pH = 4,2 és pH = 5,5) ábrázolja a hányadosok függvényében logaritmikus skálát használva!

68


II/14. évfolyam

A mérés dokumentálása – a jegyzőkönyv tartalmazza: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszert; –– a mérési beállításokat és adatokat; –– a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); –– az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Az ismert pH-jú oldat tényleges pH-ja

Az ismert pH-jú oldat vizsgálat szerinti pH-ja

Eltérés a tényleges és a vizsgálat szerinti pH között

1. 2. 3. A spektrumokat és a diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz! Megjegyzés: a vegyszerekkel végzett munkák során, egyéni védőeszköz (gumikesztyű, szemüveg) használata kötelező. A mérés hordozható LED fotométerrel is végezhető. Értékelési szempontok –– az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) –– a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága –– a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége –– a kiértékelés minősége –– határidőre való beadás

PETRIK TISZK

60%; 10%; 10%; 10%; 10%.

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

69

12/D gyakorlat

Validálási részfeladat – visszanyerés Feladat Ön egy módszerfejlesztő és validáló laboratóriumban dolgozik. Feladata, hogy a megadott validálási jellemző (a vis�szanyerés) vizsgálatát elvégezze az adott módszerre: talaj vastartalom meghatározása spektrofotometriásan rodanidos módszerrel, standard addícióval.

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 × 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: vasmentes homok, vaskiadóoldat (1,0 mg Fe2+/cm3), vas munkaoldat (20 µg Fe2+/cm3), 200 g/ℓ KSCN-oldat, 0,1 mol/dm3-es HCl, cc. HNO3, 5%-os H2O2, 1 mol/dm3-es lúg (NaOH) oldat, ioncserélt víz, szűrőpapír. Szükséges eszközök: bemérőedény, analitikai mérleg, 100 cm3-es mérőlombikok, tölcsérek, szűrőkarika, állvány, automata pipetta, büretta, fogóval, állvánnyal, üveg vagy műanyag küvetta, spektrofotométer, szárítószekrény. A mérés elve: A vasionok háromértékű formája rodanid (tiocianát) ionnal sötétvörös komplexet alkot: Fe3+ + 6 SCN– ⇌ [Fe(SCN)6]3– Ennek abszorbanciája a látható tartományban található elnyelési maximumán arányos az oldat vas(III)-ion tartalmával. A vizsgálat menete: 1. Egy tiszta, száraz bemérőedényt analitikai mérlegen mérjen le, a tömeget jegyezze fel! 2. Mérjen bele kb. 10 g vasmentes homokot (jegyezze fel), arra mérjen 0,5‑1,5 cm3 vas kiadóoldatot automata pipettával és ugyanannyi lúgoldatot! 3. Az anyag teljes mennyiségét vigye át egy főzőpohárba, néhány cm3 ioncserélt vízzel öblítse bele! 4. A főzőpohár tartalmához adjon kb. 25 cm3 0,1 mol/dm3-es HCl-oldatot, keverje fel, hagyja ülepedni! Az oldat tisztáját szűrőpapíron szűrje egy 100 cm3-es mérőlombikba! A sósavas mosást-ülepítést-szűrést további kétszer 25‑25 cm3-rel végezze el! A mérőlombikba 10 csepp cc. HNO3-at, 1,0 cm3 5%-os H2O2-ot és 5,0 cm3 tiocianát-oldatot adjon, majd ioncserélt vízzel töltse jelig! Ez a mintaoldat. 5. Öttagú oldatsorozatot készítsen: 0; 1,0; 2,0; 3,0 illetve 4,0 cm3 munkaoldatot mérjen automata pipettával egy-egy 50 cm3-es főzőpohárba! Mindegyikhez adjon hozzá bürettából 16,0 cm3 az előző pont szerint előkészített mintaoldatot, majd ioncserélt vízzel 20,0 cm3-re egészítse ki (rendre 4, 3, 2, 1, illetve 0 cm3 desztillált vízzel)! 6. A spektrofotométert kapcsolja be, bemelegedés után a kezelési útmutató segítségével végezze el a mérést! 7. A küvettába desztillált vizet töltve a készüléket 500 nm hullámhosszra állítva nullázza! 8. Az oldatsorozat tagjainak abszorbanciáját ugyanezen a hullámhosszon mérje, az adatokat jegyezze fel vagy nyomtassa ki! 9. A készüléket kapcsolja ki, a küvettát és a többi eszközt megtisztítva tegye el! Számítások: –– A mérési adataiból készítsen standard addíciós diagramot, vízszintesen a koncentráció-növekedések mg/ℓ-ben (kiszámítandók!), függőlegesen az abszorbanciák legyenek! –– A 0 koncentráció-növekedés, azaz az y tengely az addícionálatlan mintának felel meg! –– A pontokhoz illesztett egyenes az x-tengely negatív részén kimetszi az eredményt (természetesen pozitív!). –– Kézi egyenes illesztés esetén (mm-papír), a leolvasás grafikusan történik. –– Ha számítógépes programmal (pl. MS Excel) végzi, elsőfokú (egyenes) trendvonalat illesszen, írassa ki az egyenletet és az R 2 értékét is! Ebben az esetben az eredményt az egyenes egyenletéből számítsa (vagy a programmal számíttassa) ki! –– Az eredményt mg/ℓ-ben kapja, de ezt át kell számítani és mg Fe/kg-ban (ppm) kell megadni a száraz talajminta tömegéhez viszonyítva. –– A mérésből számított és a ténylegesen az elején ténylegesen hozzáadott vasmennyiség hányadosa a visszanyerés.

70


II/14. évfolyam

A mérés dokumentálása – a jegyzőkönyv tartalmazza: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszert; –– a mérési beállításokat és adatokat; –– a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); –– az eredményeket táblázatosan, a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. Ténylegesen hozzáadott vasmennyiség [mg]

Az elemzés szerinti vasmennyiség [mg]

Az elemzés szerinti és a ténylegesen hozzáadott vasmennyiség hányadosa (visszanyerés)

1. 2. 3. A diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz! Megjegyzés: a vegyszerekkel való munka során kötelező az egyéni védőfelszerelés (gumikesztyű, védőszemüveg) használata, a tömény savval fülke alatt dolgozzunk. Értékelési szempontok –– az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) –– a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága –– a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége –– a kiértékelés minősége –– határidőre való beadás.

PETRIK TISZK

60%; 10%; 10%; 10%; 10%.

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

71

12/E gyakorlat

Validálási részfeladat – mérési tartomány Feladat Ön egy módszerfejlesztő és validáló laboratóriumban dolgozik. Feladata, hogy a megadott validálási jellemző (a mérési tartomány) vizsgálatát elvégezze az adott módszerre: nitritmeghatározás spektrofotometriásan.

Információs lap A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 3 óra (3 × 45 perc). A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában jövő hét). Szükséges anyagok: Saltzman-reagens, nátrium-nitrit, ioncserélt víz, nátrium-nitrit törzsoldat (nátrium-nitritből 0,15 g/1000 cm3), nátrium-nitrit munkaoldat (a törzsoldat 10-szeres hígítása, 0,01 mg/cm3 a nitritionra). Szükséges eszközök: 250 és 50 cm3-es mérőlombikok, büretta, fogóval, állvánnyal, üveg vagy műanyag küvetta, spektrofotométer. A mérés elve: a nitritionok savas közegben diazotálják a szulfanil-amidot, a keletkező diazóniumsó N-(1-naftil)-etiléndiaminnal (NEDA) azoszínezékké kapcsolódik. Az oldat színintenzitása meghatározott pH-értéken arányos a nitritionkoncentrációval. A reakciók egyenletei:

+ NO2– + 2 H3O+ →

diazóniumsó

+

+ 4 H 2O

+ H 3O +

+ H 2O →

azoszínezék

A vizsgálat menete: 1. Vakpróbát és öttagú oldatsorozatot készítsen: 0,0; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; illetve 5,0 cm3 nitrittörzsoldatot mérjen automata pipettából egy-egy 50 cm3-es mérőlombikba! A lombikok tartalmához adjon hozzá 30 cm3 Saltzman-reagenst, ioncserélt vízzel állítsa jelre, homogenizálja! A 0 cm3-es oldat a vakpróba! 2. A spektrofotométert kapcsolja be, bemelegedés után a kezelési útmutató segítségével végezze el a mérést! 3. A küvettába a vakpróbát töltve nullázza a készüléket 540 nm hullámhosszon! 4. Az oldatsorozat tagjainak az abszorbanciáját ugyanezen a hullámhosszon mérje, az adatokat jegyezze fel vagy nyomtassa ki! 5. A készüléket kapcsolja ki, a küvettát és a többi eszközt megtisztítva tegye el! Számítások: –– A mérési adataiból készítsen kalibrációs diagramot, vízszintesen a koncentrációk mg/ℓ-ben (kiszámítandók!), függőlegesen az abszorbanciák legyenek. –– Az egyenes illesztést számítógépes programmal (pl. MS Excel) végezze, másodfokú (parabola) trendvonalat illesszen, írassa ki az egyenletet és az R 2 értékét is! –– A tartomány felső határa legyen az a koncentráció, amin az érzékenység a kezdeti érték felére csökken.

72


II/14. évfolyam

A mérés dokumentálása – a jegyzőkönyv tartalmazza: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszert; –– a mérési beállításokat és adatokat; –– a számításokat (pontosság, áttekinthetőség); –– az eredményt a mérés pontosságának megfelelően kerekítve. A diagramot mellékelje a jegyzőkönyvhöz! Megjegyzés: A nitritek mérgezőek, ezért az anyag kimérésekor egyéni védőfelszerelés (gumikesztyű) használata kötelező. Értékelési szempontok: –– az eredmény helyessége (pontosság, kerekítés, mértékegység) –– a munkavégzés szakszerűsége, biztonsága –– a jegyzőkönyv tartalma, áttekinthetősége –– a kiértékelés minősége –– határidőre való beadás.

PETRIK TISZK

60%; 10%; 10%; 10%; 10%.

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

73

Ellenőrző feladatok 1. Fotometriás pH mérést végeztünk. A két standard pH = 3,8, illetve pH = 5,8. A mérési adatok: A11 = 1,000; A12 = 0,060; A21 = 0,100; A22 = 0,600. A vízminta mérési adatai: Am1 = 0,550; Am2 = 0,330. Mennyi volt a vizsgált vízminta pH-ja?

2. Kinintartalmat mértünk fotometriásan. Állítsa a helyes időrendi sorrendbe a műveleteket (a sorszám mellé a művelet betűjelét írja): A) fluoriméter kikapcsolása, B) ismeretlen kiszámítása a kalibrációból, C) kalibrációs egyenes készítése, D) oldatok emisszióinak mérése, E) oldatsorozat készítése, F) kinin kimérése, G) törzsoldat készítése, H) xenonlámpa bekapcsolása! 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

3. Vas standard addíciós mérést végeztünk: a minta 10,0 cm3-es térfogataihoz rendre 0,0; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; illetve 5,0 cm3 20 µg/cm3-es Fe-ion tartalmú munkaoldatot adtunk, majd a színképző reagensek hozzáadása után 50 cm3-re feltöltöttük. Rendre a következő abszorbanciákat kaptuk: 0,301; 0,426; 0,554; 0,683; 0,815; 0,939. Mennyi volt a minta Fe-ion koncentrációja?

4. CaCO3-tartalmat mértünk belső standard módszerrel. Mérési adataink a következők: CaCO3 %

CaCO3 %

A1 ( CO 32 – ) A2 ( SO 24 – )

10 30 50 ismeretlen

0,149 0,297 0,658 0,514

A1/A2

0,734 0,506 0,643 0,789

Egészítse ki a táblázatot! Illesszen egyenest a méréshez! Számítsa ki, hány % a vizsgált minta CaCO3-tartalma!

74


II/14. évfolyam

5. Szerves anyagot vizsgált IR spektrum alapján. A következő spektrumról olvassa le a megjelölt csúcsok hullámszámait! A leolvasott (Absorbance %) értékekből számítson abszorbanciákat! Töltse ki a következő táblázatot!

1.

csúcs sorszáma 1. 2. 3. 4. 5. 6.

PETRIK TISZK

2.

hullámszám, cm–1 Absorbance %

3.

A

4.

5.

6.

Anormált

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

75

Elektrokémiai mérések gyakorlat 13. gyakorlat

pH-mérés hidrogén érzékeny-üvegelektróddal Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat A tongai „Accuracy Instruments” magyarországi képviselete átalánydíjas szerződés alapján folyamatosan ellenőrzi, és tanúsítvánnyal látja el az általa forgalmazott hidrogénion érzékeny elektródákat. Ha az elektródák már nem felelnek meg a specifikációjukban foglaltaknak, akkor javasolják cseréjüket. Most egy elektródát kell kalibrálnia, majd különféle pHjú pufferekre ellenőriznie. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– készítse el az oldatokat; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzéséhez rendelkezésére álló idő: 135 perc A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: a minta oldatába merülő, hidrogénionra érzékenyített, speciális üvegelektróda és a hozzá kapcsolt összehasonlító elektróda elektromotoros potenciálja arányos az oldat hidrogénion-koncentrációjával. Szükséges anyagok: a feladatlapon szereplő vegyszerek, ioncserélt víz, IUPAC szerinti pH 4-es, pH 7-es pH 10-es kalibrálópufferek, univerzális indikátorpapír, papírvatta. Szükséges eszközök: 250 cm3-es mérőlombikok, 50 cm3-es főzőpoharak, büretták, gyorsmérleg, potenciométer, hidrogénérzékeny kombinált üvegelektród. Vizsgálandó minta: a feladatlap szerinti A és B jelű pufferek különféle arányú elegyei. A vizsgálat menete: 1. Készítse el a feladatlap szerinti összetételű A és B oldatokat. Ehhez a szükséges anyagokat gyorsmérlegen mérje be, majd a feladatlap szerint készítse el az oldatokat! 2. Készítse el a feladatlap útmutatása alapján a bürettába töltött A és B alapoldatok táblázatban megadott mennyiségeinek összemérésével, 50 cm3-es főzőpoharakba az öt vizsgálandó pufferelegyet! 3. Állapítsa meg a pufferelegyek közelítő pH-értékét univerzális indikátorpapírral! 4. Kapcsolja be a pH-mérő készüléket. Ellenőrizze az elektródok csatlakozását! Kövesse a készülékkezelési útmutatót! 5. Kalibrálja az üvegelektródot a kalibrálópufferekkel savas tartományban pH 4-re és pH 7-re, lúgos tartományban pH 7 és pH 10-re! Vegye figyelembe a mintákra előzetesen mért közelítő pH-értékeket! Az elektródot mindig öblítse le, papírvattával itassa le, ne törölje! 6. A vizsgálandó oldatba meríti az elektródot. Leolvassa a mért értéket. Hasonlóan jár el a többi vizsgálandó oldattal is. 7. A mérések befejezése után az elektródot ioncserélt vízzel lemossa, és ioncserélt vízbe meríti, vagy az elektróda védősapkáját visszateszi. Számítások Hány gramm kálium-dihidrogén-foszfátot kell bemérni 200 cm3 0,2 M-os oldat elkészítéséhez?

76


II/14. évfolyam

Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal, –– a szükséges eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével) és elektródokat, –– az eredményeket: Minta

Univerzális pH-papírral mért értékek

pH-mérő műszerrel mért értékek

1. 2. 3. 4. 5. Értékelés szempontjai: –– mérés eredménye: –– jegyzőkönyv tartalma, külleme: –– munkavégzés precizitása, önállósága:

PETRIK TISZK

60%, 20%, 20%.

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

77

14. gyakorlat

Jodidiontartalom-meghatározás, jodidérzékeny membránelektróddal, kalibrációs módszerrel Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat Ahol az ivóvizek nem, vagy csak elenyésző mennyiségű jódot tartalmaznak, ott népegészségügyi céllal kálium-jodidot kevernek a konyhasóhoz, megelőzve a lakosság jódhiánnyal összefüggő betegségeinek kialakulását. Most minőségellenőrként mesterségesen jódozott konyhasó minta jodidtartalmát kell meghatároznia potenciometriásan. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– készítse el a kalibrálóelegyeket; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– szerkessze meg a kalibrációs egyenest; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzéséhez rendelkezésére álló idő: 135 perc A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: a jodidérzékeny membránelektróda és a kalomel összehasonlító elektróda elektromotoros potenciálja széles koncentrációtartományban arányos a mintaoldat jodidtartalmával. Ha ismerjük a jodidkoncentráció potenciálfüggését, tehát a kalibrációs egyenest, akkor a minta jodidion tartalma számolható. Szükséges anyagok: kálium-jodid, 2 mol/dm3 koncentrációjú kálium-nitrát vagy nátrium-klorid-oldat. Szükséges eszközök: 250 cm3-es mérőlombikok, 100 cm3-es mérőlombikok, 50 cm3-es főzőpoharak, büretta, 10 cm3-es pipetta, bemérőedény, precíziós pH-mérő ionszelektív és kalomel vonatkozási elektróddal, számítógép, nyomtató. Vizsgálandó minta: az 1. pontban elkészített kálium-jodid-oldatot bürettába tölti, és beadja egy 250 cm3-es mérőlombikkal. A visszakapott mérőlombikot desztillált vízzel jelig tölti, homogenizálja, ez lesz a vizsgálandó minta. A vizsgálat menete: 1. Készít 250 cm3 0,100 mol/dm3 koncentrációjú KI-törzsoldatot. 2. A törzsoldatból oldatsorozatot készít, a következők szerint: Sorozattag

Káliumjodid

Hígítás

1.

0,1 mol/dm

Nincs hígítás

2.

0,03 mol/dm

3.

0,01 mol/dm3

3

30,0 cm3 törzsoldat/100 cm3

3


4.

0,003 mol/dm

3


5.

0,001 mol/dm3


3. A sorozat tagjaiból és a vizsgálandó oldatból 50 cm3-es főzőpoharakba 10 cm3-t kipipettáz, és mindegyikhez hozzápipettáz 10 cm3 2 mol/dm3-es kálium-nitrát vagy 2 mol/dm3-es nátrium-klorid-oldatot. 4. A készülékkezelési útmutató szerint üzembe helyezi a pH-mérőt, ellenőrzi az elektródák csatlakozásait. 5. Leméri az összehasonlító oldatsorozat tagjait és az ismeretlen minta potenciálját. A mV adatokat feljegyzi. 6. A kapott értékekkel kalibrációs görbét szerkeszt. A kapott értékelőgörbe segítségével a vizsgált oldat pI-értékét meghatározza. 7. Kiszámítja a vizsgált oldat KI-tartalmát grammokban és megadjuk az ismeretlen minta pI-értékét is. Számítások Mennyi annak a sómintának a kálium-jodid tartalma, melyet 2,00 g sóminta 250 cm3 oldatának vizsgálatával határozunk meg? A sóoldat pI-értéke: 3,17.

78


II/14. évfolyam

Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével); –– a kalibrációs egyenest; –– a minta pI-értékét és kálium-jodid tartalmát! Értékelés szempontjai: –– mérés eredménye: –– jegyzőkönyv tartalma, külleme: –– munkavégzés precizitása, önállósága:

PETRIK TISZK

60%, 20%, 20%.

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

79

15. gyakorlat

Fluoridiontartalom-meghatározás, fluoridérzékeny elektróddal, kalibrációs módszerrel Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat Laboratóriuma különféle háztartási cikkek minőségellenőrzését végzi. Most a „Diamont tooth” márkájú fogpaszta fluoridion tartalmát kell potenciometriásan meghatároznia. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– készítse el a kalibrálóelegyeket; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– a retenciós adatatok alapján, döntsön a minta anyagtartalmáról; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzéséhez rendelkezésére álló idő: 135 perc A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: a fluoridionra érzékeny lantán-fluorid egykristály elektróda és az ezüst-ezüstklorid összehasonlító elektróda elektromotoros potenciálja széles koncentrációtartományban arányos a mintaoldat fluoridion tartalmával. Ha ismerjük a fluoridkoncentráció potenciálfüggését, tehát a kalibrációs egyenest, akkor a minta fluoridion tartalma számolható. Szükséges anyagok: nátrium-fluorid, TISAB oldat, ioncserélt víz. Szükséges eszközök: 100 cm3-es mérőlombikok, 50 cm3-es főzőpoharak, 10 cm3-es pipetta, bemérőedény, elektromos melegítő lap, precíziós pH-mérő fluoridion-szelektív és kalomel vonatkozási elektróddal, számítógép, nyomtató. Vizsgálandó minta: fogkrém. A vizsgálat menete 1. Készít 100 cm3 0,100 mol/dm3 koncentrációjú NaF-törzsoldatot. 2. A törzsoldatból oldatsorozatot készít, a következők szerint: Sorozattag

Nátrium-fluorid

Hígítás

1.

10 -1 mol/dm3

Nincs hígítás

2.

10 mol/dm

3


3.

10 -3 mol/dm3


4.

10 -4 mol/dm3


5.

10 -5 mol/dm3


6.

10 -6 mol/dm3


-2

3. Analitikai pontossággal, 100 cm3-es főzőpohárba, bemér kb.: 0,2 g fogkrém mintát. 4. Hozzáad 50 cm3 TISAB-oldatot, majd két percig forralja. 5. Lehűtve 100 cm3-es mérőlombikba átmossa, a lombikot ioncserélt vízzel jelre állítja. 6. A készülékkezelési útmutató szerint üzembe helyezi a pH-mérőt, ellenőrzi az elektródák csatlakozásait. 7. A hígabb oldatoktól haladva méri az összehasonlító oldatsorozat tagjainak potenciálját. A mV adatokat feljegyzi. A leghígabb oldatoknál az ionegyensúly beállását megvárja (1–1,5 perc). 8. A minta mérése előtt 5 percre ioncserélt vízben mossa az elektródát, majd méri a mintát. 9. A kapott potenciálértékekből kalibrációs görbét szerkeszt. A kapott értékelőgörbe segítségével a számítja a mintaoldat pF-értékét. 10. Kiszámítja a minta NaF tartalmát mg/100 g. Számítások Mennyi a fogkrém nátrium-fluorid tartalma, ha 0,22 g fogkrém 100 cm3 oldatának vizsgálatával? A pF érték: 2,8.

80


II/14. évfolyam

Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével); –– a kalibrációs egyenest; –– a minta pF értékét és nátriumfluorid tartalmát! Értékelés szempontjai: –– mérés eredménye: –– jegyzőkönyv tartalma, külleme: –– munkavégzés precizitása, önállósága:

PETRIK TISZK

60%, 20%, 20%.

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

81

16. gyakorlat

Karbonáttartalom-meghatározás, hidrogénérzékeny üvegelektróddal, automata titrálón Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat Ön egy hazai tulajdonú, vegyi anyagokat gyártó vállalat ellenőrző osztályán laboráns. Most azt a feladatot kapta, hogy határozza meg a vállalat raktárába érkezett 2 tonnányi szóda nátrium-karbonát tartalmát. A szódát a technológiai vizek lágyítására használják. Az Ön mérésének alapján fogja a technológus kiszámítani a nyers vízhez adagolandó szóda mennyiségét. A vizsgálathoz a szállítmányból vett átlagminta áll rendelkezésére. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– készítse el a kalibrálóelegyeket; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– a retenciós adatatok alapján, döntsön a minta anyagtartalmáról; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzéséhez rendelkezésére álló idő: 135 perc A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: a titrálandó minta lúgos oldatába merülő, hidrogénionra érzékenyített, speciális üvegelektróda és a hozzá kapcsolt összehasonlító elektróda elektromotoros potenciálja arányos az oldat hidrogénion koncentrációjával. Titráláskor a savmérőoldat a hidrogénion mennyiségének növekedését okozza. Ha ezt nyomon követjük, akkor a titrálási görbéből (mérőoldat térfogat-pH viszonya) a végponthoz tartozó mérőoldatfogyás megkapható. Szükséges anyagok: 0,1 M-os névleges koncentrációjú sósav mérőoldat, kálium-hidrogén-karbonát, 1%-os metilnarancsindikátor, ioncserélt víz. Szükséges eszközök: 100 cm3-es mérőlombik, 250 cm3-es mérőlombik, 25 cm3-es hasas pipetta, 300 cm3-es Erlenmeyerlombikok, analitikai mérleg, automata titráló pH-érzékeny üvegelektróddal, referencia elektród. Vizsgálandó minta: kiadott szóda. A vizsgálat menete 1. Mérjen be analitikai pontossággal 2,5 g körüli kálium-hidrogén-karbonátot! 2. Veszteségmentesen mossa be egy 250 cm3-es mérőlombikba, oldja fel ioncserélt vízzel, töltse jelre, majd homogenizálja az oldatot! 3. A törzsoldatból pipettázzon ki 25–25 cm3-eket három darab 300 cm3-es Erlenmeyer-lombikokba! 2 csepp metilnarancs-indikátor jelenlétében, a meghatározandó sósavoldattal titrálja a sárga színű oldatot a narancs-sárga szín megjelenéséig! 4. A sósavoldat fogyásátlagából, a reakcióegyenlet alapján, számítsa ki a mérőoldat pontos koncentrációját! Az eredményt mol/dm3-ben adja meg! 5. Mérjen be analitikai pontossággal 850–900 mg tömegű vízmentes szódát! A lemért mintát mossa be egy 100 cm3-es mérőlombikba! 6. A készülékkezelési útmutató alapján állítsa be az automata titrálót! 7. 10 cm3-t pipettázzon a mintaoldatából a titrálópohárba, majd a minta térfogatát egészítse ki kb. 50 cm3-re ioncserélt vízzel! 8. Merítse az elektródot titrálópohárba, indítsa a keverést! 9. Indítsa el a titrálást! 10. A titrálás során ellenőrizze, a két inflexiós pont megjelenését! 11. Végezzen még két párhuzamos mérést! 12. A mérés végén ürítse ki és öblítse át a titráló poharat! Ioncserélt vízbe hagyja az üvegelektródot! 13. Számolja ki a mérések számtani átlagát és szórását! 14. Végezze el a mintára vonatkozó számításokat, adja meg a minta %-ban kifejezett nátrium-karbonát tartalmát!

82


II/14. évfolyam

Számítások Sósav mérőoldat pontos koncentrációját határozza meg kálium-hidrogén-karbonátra! A kálium-hidrogén-karbonát 0,2471 g-jára fogyott 23,90 cm3 sósav mérőoldat. Mennyi a sósav pontos koncentrációja? Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével); –– a mérési adatokat és a számított eredményeket, –– a minta %-ban kifejezett nátrium-karbonát tartalmát! Értékelés szempontjai: –– mérés eredménye: –– jegyzőkönyv tartalma, külleme: –– munkavégzés precizitása, önállósága:

PETRIK TISZK

60% 20% 20%.

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

83

17. gyakorlat

Foszforsavtartalom-meghatározás, hidrogénérzékeny üvegelektróddal, sav-bázis titrálással Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat Üdítőitalok gyártásával foglalkozó cége a közkedvelt „Dark Cola” összeállításához megrendelt foszforsavat kívánja ellenőrizni. Kérdés, hogy a beérkezett alapanyag foszforsav tartalma egyezik-e a beszállító szerinti foszforsav tartalommal. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzéséhez rendelkezésére álló idő: 135 perc A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: a titrálandó minta savas oldatába merülő, hidrogénionra érzékenyített, speciális üvegelektróda és a hozzákapcsolt összehasonlító elektróda elektromotoros potenciálja arányos az oldat hidrogénion-koncentrációjával. Titráláskor a lúgmérőoldat a hidrogénion mennyiségének csökkenését okozza. Ha ezt nyomon követjük, akkor a titrálási görbéből (mérőoldat térfogat-pH viszonya) a végponthoz tartozó mérőoldatfogyás megkapható és a foszforsav tartalom számítható. Szükséges anyagok: 0,2 mol/dm3 pontos koncentrációjú nátrium-hidroxid-mérőoldat, ioncserélt víz. Szükséges eszközök: 50 cm3-es büretta, bürettaállvány, bürettafogó, 250 cm3-es főzőpohár, 250 cm3-es mérőlombik, 25 cm3-es pipetta, pH-mérő potenciométer, hidrogénionérzékeny üvegelektróda, kalomel összehasonlító elektróda, keverő, keverőpálca. Vizsgálandó minta: 250 cm3-es mérőlombikban kiadott foszforsav oldat. Visszakapva jelig töltjük.

A vizsgálat menete

1. Állítsa össze a mérőhelyet! Ellenőrizze, hogy a kalomelelektród az R jelű, az üvegelektród a G jelű helyre legyen csatlakoztatva! 2. Hitelesítse a készülékete pH 4,0-es pufferre! 3. A 250 cm3-es főzőpohárba pipettázzon 25 cm3-t a foszforsavtartalmú mintából! 4. Behelyezi a mágneses keverőpálcát, és a keverőre helyezi a poharat. 5. Az elektródokat az oldatba meríti úgy, hogy a keverőpálca ne tehessen kárt bennük. Szükség esetén desztillált vízzel hígít. Bekapcsolja a potenciométert. 6. A mérőoldatot 1,0 cm3-enkét adagolva felveszi mindkét lépcsőt (4‑5 pH érték, és kb. 10‑11 pH érték). 7. Új mintát vesz, az első egyenértékponthoz képest 1,5 cm3-rel kevesebb mérőoldatot enged az oldathoz, leolvassa a pH-t, majd 0,1 cm3-enként adagolja a mérőoldatot. Minden mérésnél feljegyzi a pH-t. 8. Kiszámítja a fogyásértékekből a különbséget addig, amíg a különbségek csökkenni kezdenek. 9. Meghatározza az első lépcső egyenértékpontjához tartozó fogyást. 10. Kiszámítja a minta foszforsav tartalmát. Számítások Mennyi a minta foszforsav tartalma grammban, ha a minta 250 cm3, ebből 25 cm3‑t megtitrálunk a 0,1985 mol/dm3 koncentrációjú nátrium-hidroxid-mérőoldattal? A mérőoldat fogyása 19,5 cm3. Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével); –– a titráláskor feljegyzett mérési adatokat; –– a milliméterpapíron ábrázolt titrálási görbét; –– a számított foszforsav tartalmat!

84


II/14. évfolyam

Értékelés szempontjai: –– mérés eredménye: –– jegyzőkönyv tartalma, külleme: –– munkavégzés precizitása, önállósága:

PETRIK TISZK

60%, 20%, 20%.

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

85

18. gyakorlat

Sósavtartalom-meghatározás pufferaddíciós módszerrel Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat Gyógyszerhatóanyag kiszereléséhez szükséges segédanyag kikísérletezésén fáradozik. A segédanyag a gyomorban történt feloldódás után, a gyomorsav hatását tompítja. Önnek most egy segédanyag keverék hatását kell modelleznie. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– készítse el a kalibrálóelegyeket; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– a mérési adatokból készítse el a kalibrációs egyenest; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzéséhez rendelkezésére álló idő: 135 perc A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: a hidrogénionra érzékenyített üvegelektróda és az ezüst-ezüstklorid összehasonlító elektróda elektromotoros potenciálja széles koncentrációtartományban arányos a mintaoldat pH-jával. Ha ismerjük a pH potenciálfüggését, tehát a kalibrációs egyenest, akkor a minta pH-ja számolható. Szükséges anyagok: 0,10 mol/dm3 koncentrációjú sósavoldat, ioncserélt víz, tömény pufferoldat (149,12 g kálium-klorid, 64,32 g citromsav, 43,09 g kálium-dihidrogén-foszfát 1 dm3 ioncserélt vízben oldva, az elegyet 50%-os nátrium-hidroxid oldattal 6,9 pH-ra kell állítani), híg puffer a tömény tízszeres hígításával készítendő. Tárolásuk 5 oC-on. Szükséges eszközök: büretta, bürettaállvány, bürettafogó, 50 cm3-es mérőlombikok, 10 cm3-es hasas pipetta, precíziós pH-mérő műszer, hidrogénion-érzékeny kombinált üvegelektród, hűtőszekrény, számítógép, nyomtató. Vizsgálandó minta: 50 cm3-es mérőlombikba kiadott 0,10 mol/dm3 koncentrációjú sósavoldat. A mérőlombikot jelig tölti ioncserélt vízzel, és homogenizálja. A vizsgálat menete 1. Oldatsorozatot készít a 0,1 mol/dm3 koncentrációjú sósavból az alábbiak szerint: Oldat sorszáma

Koncentráció

1.

5,0 cm3/50 cm3

2.

12,5 cm3/50 cm3

3.

20,0 cm3/50 cm3

4.

27,5 cm3/50 cm3

5.

35,0 cm3/50 cm3

2. Ellenőrzi a hígított pufferoldat pH-ját precíziós pH-mérővel. Ha a pH a 6,3 > pH < 7,5 tartományon kívülre esik, hígítással friss puffert készít a tömény pufferoldatból (tízszeres hígítás). 3. Az oldatsorozat tagjaiból és a vizsgálandó minta oldatából kipipettáz 10,0‑10,0 cm3-eket 50 cm3-es főzőpoharakba. 4. A főzőpoharak mindegyikéhez hozzápipettáz 10 cm3 hígított puffer oldatot. 5. Elegyítés után mind a hat oldat pH-ját megméri precíziós pH-mérővel. 6. A mérések befejezése után az elektródokat ioncserélt vízzel leöblíti, az elektródát vízben tárolja. 7. A mérési adatokból táblázatkezelővel kalibrációs egyenest készít. 8. A kalibrációs egyenesből számítja a minta sósav tartalmát és koncentrációját. Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével); –– mérési adatokat és a kalibrációs egyenest; –– a számított sósavtartalmat és koncentrációt!

86


II/14. évfolyam


PETRIK TISZK

60%, 20%, 20%.

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

87

19. gyakorlat

Vastartalom-meghatározás, redoxi titrálással Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat A vas(3)-klorid általánosan használt vegyi anyag. Alkalmazzák az elektronikában, a mezőgazdaságban. Az ivóvíz tisztításának fontos derítőanyaga. Ha a vas(3)-kloridból kelát típusú fémorganikus vegyületet képzünk, akkor a növények vashiányos tüneteit lehet sikeresen kezelni. A szerves kelátban a vas vízoldható marad, így folyamatosan és egyenletesen áll a növény rendelkezésére. Ebben a formájában főleg lombtrágyaként találkozhatunk vele. Most annak a vas(3)-kloridnak a vastartalmát kell bevizsgálnia, melyből majd lombtrágya készül. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– készítse el a kalibrálóelegyeket; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– a retenciós adatatok alapján, döntsön a minta anyagtartalmáról; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzéséhez rendelkezésére álló idő: 135 perc A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: A Fe3+-ionokat az aszkorbinsav híg savas közegben elektron átadásával Fe2+-ionokká redukálja. Az aszkorbinsavból dehidro-aszkorbinsav keletkezik. Ha ismerjük a reakció során elhasználódott aszkorbinsav mennyiségét, akkor a minta vastartalma számítható. Szükséges anyagok: aszkorbinsav, 1/60 mol/dm3 pontos koncentrációjú kálium-jodát oldat, 1 mol/dm3 koncentrációjú sósav, ioncserélt víz, keményítő. Szükséges eszközök: kémcső, kémcsőtartó, 50 cm3-es büretta, bürettafogó, bürettaállvány, 10 cm3-es mérőhenger, 100 és 500 cm3-es mérőlombikok, 250 cm3-es főzőpohár, 20 vagy 25 cm3-es hasas pipetta, gyorsmérleg, precíziós pH-mérő műszer, platinaelektróda, kalomelelektróda, fűthető mágneses keverő, keverőpálca, számítógép, nyomtató. Vizsgálandó minta: 100 cm3-es mérőlombikba kiadott Fe3+-ionokat tartalmazó oldat. Az oldatot ioncserélt vízzel jelre állítja és homogenizálja. A vizsgálat menete 1. Készítsen 500 cm3 0,05 mol/dm3 koncentrációjú aszkorbinsav-mérőoldatot! Az ehhez elméletileg szükséges aszkorbinsav mennyiségénél 1‑2%-kal többet mérjen be a gyorsmérlegen! 2. Készítsen kémcsőnyi keményítőindikátor-oldatot! Ehhez oldjon 10 cm3 forró vízben késhegynyi keményítőt! 3. Határozza meg az aszkorbinsavoldat pontos koncentrációját az 1/60 mol/dm3 koncentrációjú KIO3-oldattal! Az oldatból 20-25 cm3-eket kivesz, 5 cm3 1 mol/dm3 koncentrációjú sósavval az elemi jódot felszabadítja, és az aszkorbinsav-mérőoldattal egészen halvány sárgáig titrál. Néhány csepp friss keményítő oldatot csepegtet az oldathoz, majd színtelenig titrál. 5. A mintából vegyen ki 20 vagy 25 cm3-t a főzőpohárba! Hígítsa fel ioncserélt vízzel 80-100 cm3-re, és melegítse 50–60°C-ra! 6. M erítse a hígított oldatba a Pt-kalomel elektródpárt és cm3-ként titráljon az aszkorbinsav-mérőoldattal! Az első titrálással keresse meg a várható egyenértékpontot! Még két párhuzamos titrálást végezzen. Az inflexiós pontot grafikusan határozza meg! A három titrálási görbe egyenérték pontjainak átlagával számoljon! Számítások Mennyi annak az aszkorbinsav oldatnak a pontos koncentrációja, melynek 20,0 cm3-re 19,5 cm3 1/60 mol/dm3 koncentrációjú kálium-jodát fogyott?

88


II/14. évfolyam

Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével); –– a milliméterpapírra rajzolt titrálási görbéket; –– a számításokat, és minta vastartalmát! Értékelés szempontjai –– mérés eredménye: –– jegyzőkönyv tartalma, külleme: –– munkavégzés precizitása, önállósága:

PETRIK TISZK

60%, 20%, 20%.

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

89

20. gyakorlat

Hidrokinontartalom-meghatározás redoxi titrálással Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat Műkörömrendszerek és hajfestékek alapanyagául szolgáló hidrokinon tisztaságát kell ellenőriznie. Ehhez rendelkezésére áll a szállítmányból vett átlagminta. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– készítse el a kalibrálóelegyeket; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– a retenciós adatatok alapján, döntsön a minta anyagtartalmáról; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzéséhez rendelkezésére álló idő: 135 perc A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: a hidrokinont tartalmazó oldat híg savas közegben elektron átadásával redukálja a mérőoldat dikromátionojait. A hidrokinonból kinon keletkezik. Ha ismerjük a reakció során elhasználódott dikromát mennyiségét, akkor a minta hidrokinon tartalma számítható. Szükséges anyagok: 2 mol/dm3 koncentrációjú kénsav, 1/60 mol/dm3 pontos koncentrációjú kálium-dikromát mérőoldat, ioncserélt víz. Szükséges eszközök: 50 cm3-es büretta, bürettaállvány, bürettafogó, 200 cm3-es főzőpohár, 250 cm3-es mérőlombik, 50 cm3-es pipetta, 25 cm3-es mérőhenger precíziós millivoltmérő készülék, kalomel összehasonlító elektród, platinaelektród, fűthető keverő motor, keverőpálca, számítógép, nyomtató. Vizsgálandó minta: a hidrokinon oldatot kivételre beadja, visszakapva ismét jelig tölti. A vizsgálat menete 1. Analitikai pontossággal bemér 0,7–0,8 g hidrokinon tartalmú anyagot. Ioncserélt vízben feloldja és 250 cm3-es mérőlombikba bemossa. Feloldja, jelig tölti. 2. Összeállítja a megfelelő készüléket. 3. 50 cm3 hidrokinon oldatot a titrálópohárba mér. Hozzáad 20 cm3 2 mol/dm3 koncentrációjú kénsavat, és kb. 70 °C-ra melegíti. 4. A pohárba mágneses keverőt helyez, ráteszi a keverőre, majd belemártja az elektródokat. Ellenőrzi, hogy a sima platina elektród a G jelű, a kalomelelektród az R jelű helyre van-e csatlakoztatva. 5. A készüléket és a mágneses keverőt bekapcsolja. 1 cm3-enként adagolva mérőoldatot feljegyezi a mV értékeket és felveszi a teljes titrálási görbét. Az adatokat milliméterpapíron ábrázolja. 6. Az elektródokat az oldatból kiemelve ioncserélt vízzel leöblíti. Ismét 50 cm3 hidrokinon mintát mér a titrálólombikba, és az előzővel azonos módon mérésre előkészíti. 7. A várható fogyáshoz képest kb. 1,5–2,0 cm3-rel kevesebb mérőoldatot enged a titráló pohárba. Feljegyezi a mV értéket, majd 0,1 cm3-enként adagolja a mérőoldatot. Minden mérésnél feljegyezi a mV értéket. 8. Kiszámítja az előző méréshez képest a különbséget addig, amíg a különbségek csökkenni kezdenek. Az egyenértékpont a legnagyobb különbségértékhez tartozó fogyás lesz. 9. A kapott adatok segítségével kiszámítja a minta hidrokinon tartalmát tömegszázalékban az eredeti beméréshez képest. 10. A mérés végén az elektródokat leöblíti, és tiszta ioncserélt vízbe állítja. Megjegyzés: ügyeljen arra, hogy a titrálást forrón kell végezni! Számítások Mennyi a minta hidrokinon tartalma, ha a minta 200 cm3-ből 25 cm3-t titrálva az 1/60 mol/dm3 pontos koncentrációjú kálium-dikromát mérőoldatból éppen 18,5 cm3 fogyott?

90


II/14. évfolyam

Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével); –– a titrálási görbéket és számításokat; –– a százalékban kifejezett hidrokinon tartalmat! Értékelés szempontjai: –– mérés eredménye: –– jegyzőkönyv tartalma, külleme: –– munkavégzés precizitása, önállósága:

PETRIK TISZK

60%, 20%, 20%.

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

91

21. gyakorlat

Kénsavtartalom-meghatározás konduktometriás titrálással Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat A gyógyszergyár szulfonáló részlegében óleumot használnak a szulfonsavcsoport bevitelére. A folyamat során az óleum kénsavvá hígul, amit kén-trioxiddal visszaalakítanak óleummá. Ehhez azonban ismerni kell a kénsav töménységét, amelyet most Önnek kell meghatároznia. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– készítse el a kalibrálóelegyeket; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzéséhez rendelkezésére álló idő: 135 perc A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: ha a kénsavat ismert koncentrációjú nátrium-hidroxid-mérőoldattal titráljuk, a reakcióelegy elektromos vezetése folyamatosan csökken, mert a hidrogénionok mennyisége is csökken. A közömbösítési reakció egyenértékpontja után, a feleslegbe kerülő hidroxidionok hatására, az elektromos vezetés megint emelkedik. A két vezetési görbe metszéspontjához tartozó fogyásból a kénsavtartalom számítható. Szükséges anyagok: 0,5 mol/dm3 koncentrációjú nátrium-hidroxid-mérőoldat, oxálsav, 1%-os fenolftaleinindikátor alkoholos oldata. Szükséges eszközök: 50 cm3-es büretta, bürettaállvány, bürettafogó, 250 cm3-es főzőpohár, 100 cm3-es mérőlombikok, 20 cm3-es pipetta, konduktométer, platina-harangelektród, mágneses keverő, keverőpálca, számítógép, nyomtató. Vizsgálandó minta: 100 cm3-es mérőlombikba kiadva. 1. A mintát tartalmazó lombikot ioncserélt vízzel jelig tölti, homogenizálja. 2. Kipipettáz 20 cm3 mintát a főzőpohárba, és beleteszi keverőpálcát. Annyi ioncserélt vízzel hígítja, hogy a víz a harangelektródot ellepje. Megindítja a keverést. 3. A mérőoldatot 1,0 cm3-enként adagolja. A mérőoldat minden részlete után 5–10 másodpercet vár, míg lejátszódik a reakció, és a keverés a harangon belül is homogenizálja az oldatot. Ekkor feljegyezi az oldat vezetését. 4. A legkisebb vezetési adat után még 5‑6 mérési pontot vesz fel. 5. Megszerkeszti a titrálási görbét, a töréspontból meghatározza a fogyást, és kiszámítja a mintában található kénsav tömegét. Három párhuzamos mérés átlagával számol. Megjegyzés: 1. Ha nátrium hidroxid-mérőoldatot is készítenie kell, akkor annak pontos koncentrációját is meghatározza. 2. 1 dm3 0,5 mol/dm3-es oldat készítéséhez gyorsmérlegen, főzőpohárba bemér 20,1 – 20,2 g nátrium-hidroxidot. Oldja, és mérőlombikba mossa, a lombikot ioncserélt vízzel jelre állítja. A bemérés során védőszemüveg használata kötelező! A kész oldat átönti folyadéküvegbe, melyet szabályosan felcímkéz. 3. Pontos koncentráció-meghatározás kristályos oxálsavra: az oxálsav mennyiségét úgy határozza meg, hogy a várható elméleti fogyás 20,0 cm3 legyen. 4. Analitikai pontossággal beméri az oxálsavat. 5. Kb. 50 cm3 ioncserélt vízben feloldja, két csepp fenolftaleinindikátor hozzáadása mellett megtitrálja. 6. Három párhuzamos mérést végez. 7. Számolja a mérőoldat pontos koncentrációját. Számítások Hány gramm kristályos oxálsav egyenértékű 20 cm3 0,1 mol/dm3 koncentrációjú nátriumhidroxid oldattal?

92


II/14. évfolyam

Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével); –– a mérés részeredményeit és a titrálási görbéket; –– a számításokat; –– a minta kénsavtartalmát! Értékelés szempontjai: –– mérés eredménye: –– jegyzőkönyv tartalma, külleme: –– munkavégzés precizitása, önállósága:

PETRIK TISZK

60%, 20%, 20%.

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

93

22. gyakorlat

Kálium-kloridtartalom-meghatározás a vezetőképesség mérésével Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat A hagyományos platinázott platina konduktometriás mérőelektródok cellaállandója nem stabil, ezért a cellaállandót időről időre meg kell határozni. Ha oldatok kálium-klorid tartalmát kívánjuk a vezetés mérésével meghatározni, akkor ehhez a méréstartománynak megfelelő geometriájú elektródot kell választanunk, és a méréseinket állandó hőmérsékleten kell végezni. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– készítse el a kalibrálóelegyeket; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– a vezetési adatokból készítsen kalibrációs egyenest; –– határozza meg a minta káliumklorid tartalmát.

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzéséhez rendelkezésére álló idő: 135 perc A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: az elektrolitok áramvezetése a hőmérsékleten kívül függ az elektrolit ionösszetételétől és az egyes ionok koncentrációjától. A vezetés mérésével csak az iontartalom egészét lehet jellemezni, de nem lehet az egyes ionok fajtájára és mennyiségére következtetni. Szükséges anyagok: kálium-klorid, 0,01 mol/dm3 koncentrációjú kálium-klorid-kalibrálóoldat, 1 μS-nél kisebb vezetésű víz, papírvatta. Szükséges eszközök: 25 cm3-es büretta, 100 cm3-es mérőlombikok, bürettafogó, bürettaállvány, 250 cm3-es főzőpohár, konduktométer, harangelektród, hőmérő, számítógép, nyomtató. Vizsgálandó minta: személyenként egy névvel ellátott 100 cm3-es mérőlombikot beadunk.

A vizsgálat menete

1. Készítsen 100 cm3 0,100 mol/dm3 koncentrációjú kálium-klorid-törzsoldatot, analitikai pontossággal bemért káliumkloridból! 2. A törzsoldat hígításával készítsen kálium-klorid-oldatsorozatot a következők szerint: KCl-koncentráció (mol/dm3) 1.

0,020

2.

0,040

3.

0,060

4.

0,080

5.

0,100

3. Kalibrálja a konduktométert a 0,01 mol/dm3 koncentrációjú kálium-klorid-kalibrálóoldattal! A harangelektródot öblítse az 1 μS-nél kisebb vezetésű vízzel, az elektródból rázza ki a vizet, és külsejéről a vizet itassa le papírvattával! 4. M érje meg az oldatsorozat vezetését, az adatokat jegyezze fel! Az oldatok között tisztítsa az elektródot a 3. pontban leírtak szerint! 5. Mérjen a minta vezetését, a mérési adatot jegyezze fel! 6. Készítsen kalibrációs egyenest, a kalibrációs egyenes alapján számítsa ki a minta kálium-klorid tartalmát! Számítások Hány gramm kálium-klorid szükséges 100 cm3 0,100 mol/dm3 koncentrációjú törzsoldatot elkészítéséhez?

94


II/14. évfolyam

Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével); –– a kalibrációs egyenest, a minta kálium-klorid tartalmát! Értékelés szempontjai: –– mérés eredménye: –– jegyzőkönyv tartalma, külleme: –– munkavégzés precizitása, önállósága:

PETRIK TISZK

60%, 20%, 20%.

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

95

23. gyakorlat

Víztartalom-meghatározás Karl-Fischer módszerrel Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat Gyógyszergyár minőségvizsgáló laboratóriumában Grignard-vegyületek oldószereinek víztartalmát kell meg határoznia Karl–Fischer-titrálással. A vizsgálat eredménye alapján döntenek arról, hogy a szintézis céljára alkalmasak-e az oldószerek, vagy víztartalmukat tovább kell csökkenteni. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– döntsön a minta víztartalmáról; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzéséhez rendelkezésére álló idő: 135 perc. A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: a vízmentes metanolban oldott (elkevert) minta víztartalma a Karl–Fischer-reagens ismert mennyiségű jód, és feleslegben lévő kén-dioxid tartalmával reagál. A reakció során képződött kén-trioxidot a metanol, metil-szulfát formájában megköti. A hidrogénion a reagensben lévő a piridin nitrogénatomjához kötődik. A titrálás végpontja amperometriásan jelezhető. Szükséges anyagok: kristályvíz-tartalmú oxálsav, Karl–Fischer-reagens, vízmentes metanol. Szükséges eszközök: automata Karl–Fischer-titrátor, mintatartó, analitikai mérleg. Vizsgálandó minta: személyenként egy névvel ellátott mintatartót a vizsgálandó oldószerhez beadunk. A vizsgálat menete 1. A készülékkezelési útmutató szerint helyezze üzembe a titráló berendezés! 2. Mérjen be analitikai pontossággal 60–70 mg kristályvíz-tartalmú oxálsavat! 3. Határozza meg a bemért oxálsavra a Karl–Fischer-mérőoldat milliliterenkénti pontos jódtartalmát! 4. Határozza meg az oldószerminta 100 μl-ének víztartalmát!

Számítások

Mennyi a Karl–Fischer-reagens pontos jódtartalma mg/ml-ben kifejezve, ha a bemért 62,5 mg kristályvíztartalmú oxálsavra a mérőoldat 19,34 ml-e fogyott? Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével); –– a Karl–Fischer-reagens jódtartalmát és a minta víztartalmát! Értékelés szempontjai: –– mérés eredménye: –– jegyzőkönyv tartalma, külleme: –– munkavégzés precizitása, önállósága:

96


60%, 20%, 20%.

II/14. évfolyam

24. gyakorlat

Cinktartalommeghatározás stripping polarográfiásan Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat Az esszenciális nyomelempótlás korszakát éljük, ezért elképzelhetetlen mennyisben vásárolhatunk a különféle összetételű és minőségű nyomelempótló készítményből. Bizonyos elemek, molekulák túlzott bevitele azonban kockázatos is lehet, ezért legyünk mértékletesek! A minőségellenőrzőn nem múlik, éppen az Ön a feladata lesz, hogy egy multivitamin pezsgőtabletta cink tartalmát ellenőrizze. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– készítse el a kalibrálóelegyeket; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– a retenciós adatatok alapján, döntsön a minta anyagtartalmáról; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzéséhez rendelkezésére álló idő: 135 perc. A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: a polarográfia és ennek tovább fejlesztett változata a stripping analízis elvén az amalgámot képző fémionok gyorsan, nyomelemnyi mennyiségben meghatározhatók. A mérés első lépésében az oldatot elektrolizálva a fémionok megfelelő polaritás mellett egy csepp higanyon leválnak. Rövid kondicionálási idő elteltével a polaritást megfordítjuk, és finom lépésekben növeljük a feszültséget. Ennek hatására a fémionok adott potenciálon leválnak. Eközben az áramerősséget is mérve a kromatogramokhoz hasonló görbét kapunk. A görbe alatti terület a vizsgált minta koncentrációjával arányos, a maximum helyéből pedig a minta minőségére következtethetünk. Egyidejűleg, egymás mellett 3–4 fémion határozható meg. Szükséges anyagok: nátrium-acetát-pufferoldat (500 cm3-re: 20,5 g nátrium-acetát, 15 cm3 ecetsav ioncserélt vízzel feltöltve), ioncserélt víz, 37%-os sósav, 99,9999% tisztaságú higany, nitrogén. Szükséges eszközök: 1000 cm3-es mérőlombik, 100 cm3-es mérőlombikok, 250 μℓ-es Hamilton-fecskendő, polarográf, számítógép, nyomtató. Vizsgálandó minta: egy tablettát ioncserélt vízben felold, majd 1000 cm3 mérőlombikba mossa, a jelig tölti ioncserélt vízzel és homogenizálja. A vizsgálat menete 1. Készítsen cink-oxidból 100 cm3 1,00 mg/cm3 koncentrációjú cink törzsoldatot! A bemért cinkoxidot 3–4cm3 tömény sósavban oldja! 2. Készítsen a törzsoldatból 100 cm3 10-szeres hígítású munkaoldatot! 3. A készülékkezelési útmutató alapján helyezze üzembe a polarográfot! 4. Mérjen a mintatartóba 10,0 cm3 mintát és 1,0 cm3 pufferoldatot! Helyezze a mintatartóba a keverőpálcát! 5. Végezze el a mérést! 6. Mérjen a mintatartóba 200 μℓ munkaoldatot! 7. Végezze el a mérést! 8. A 6. és 7. pontot kétszer ismételje meg! 9. Értékelje ki a csúcsterületeket, szerkessze meg az addíciós analitikai munkagörbét! 10. Számítsa ki a minta cinktartalmát! Számítások Mennyi lesz a cink koncentrációja, ha 10 cm3 vízhez hozzáad 1 cm3 puffert és 200 μℓ 1,00 mg/cm3 koncentrációjú cink törzsoldatot (a térfogat kontrakciójától tekintsünk el)?

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

97

Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével); –– a polarográf beállításait; –– a mérési adatokat és a kalibrációs egyenest; –– a minta cinkkoncentrációját! Értékelés szempontjai: –– mérés eredménye: –– jegyzőkönyv tartalma, külleme: –– munkavégzés precizitása, önállósága:

98


60%, 20%, 20%.

II/14. évfolyam

Kromatográfiás módszer gyakorlat 25. gyakorlat

Minta oldószer-tartalmának azonosítása a retenciós idők alapján Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat Oldószerek desztillációs regenerálásával foglalkozó kft.-je raktárába hordós szállítmány érkezett. Rakodáskor a villástargonca olvashatatlanná tette az egyik hordó feliratát, így nem tudni mi van pontosan a hordóban. Ön kapta a feladatot, hogy gázkromatográfiásan azonosítsa a hordó tartalmát! Segítség: a beszállító oldószerelegyei mindig metanolt, etanolt, acetont és n-propanolt tartalmaznak! Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– készítse el a kalibráló elegyeket; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– a retenciós adatatok alapján, döntsön a minta anyagtartalmáról; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzéséhez rendelkezésére álló idő: 135 perc. A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: azonos körülményekkel gázkromatografálva az összehasonlító elegyeket és a mintát(kat), a retenciós időkből következtethetünk a minta összetevőire. Szükséges anyagok: metanol, etanol, aceton, n-propanol (propán-1-ol), ioncserélt víz, nitrogén (vivőgáz). Szükséges eszközök: 100 cm3-es mérőlombikok, 5 cm3-es hasas pipetta vagy egycsatornás állítható térfogatú pipetta (1–5 cm3), 10 μℓ-es Hamilton-fecskendő, 50 cm3-es főzőpoharak vagy műanyag poharak, 5 cm3-es gumidugós mintatartó, gázkromatográf nitrogén vivőgázra állítva, poláros adszorbens, hővezetőképesség-mérő detektor, számítógép, nyomtató. Vizsgálandó minta: személyenként egy névvel ellátott mintatartót beadunk. A vizsgálat menete 1. A négy oldószer mindegyikéből 100 cm3 5,0 φ%-os vízzel elegyített összehasonlító elegyeket készít. 2. A készülékkezelési útmutató alapján üzembe helyezi a gázkromatográfot. 3. 1,0 μℓ-ek beinjektálásával egyenként kromatografálja az összehasonlító elegyeket, majd a mintát(kat). 4. A készülékkezelési útmutató szerint kikapcsolja a gázkromatográfot. 5. Kiértékeli a kromatogramokat, dokumentációt készít. 6. Az elkészített elegyeket, mintát(kat) a hulladékgyűjtőbe önti, az eszközöket megtisztítva elteszi. Megjegyzés: a munka során használt anyagok közül a metanol mérgező, ezért hígításkor kerülje a belégzést és a bőrrel való érintkezést! Számítások Hány cm3 abszolút etanol felhígításával lehet 100 cm3 5,0 φ%-os etanol-víz elegyet kapni?

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011

99

Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével); –– a kromatográf beállításai adatait (oszlop, oszlopgeometria, töltet, vivőgáz, detektor, hőmérsékletek); –– táblázatosan a kromatogramokról leolvasható retenciós időket; –– az eredményeket táblázatos formában, így: Minta jele, megnevezése

Metanol

Etanol

Aceton

n-Propanol

Például: 1.minta

+

–

+

+

Magyarázat: + = van, – = nincs Értékelés szempontjai: –– mérés eredménye: –– jegyzőkönyv tartalma, külleme: –– munkavégzés precizitása, önállósága:

60%, 20%, 20%.

A gyógyszeripari technológiák nagy mennyiségben használják a különféle szerves oldószereket. Például az oldáshoz, átkristályosításhoz, extrakcióhoz feltétlenül szükségesek az oldószerek. A technológiai lépést követően az oldószerek nem mennek veszendőbe. Tisztítással (regenerálással) az oldószereket visszanyerik, és újrafelhasználják. A térfogatszázalékos összetétel a folyadékelegy térfogata és az abban lévő valamely alkotó térfogatának százalékosan kifejezett aránya. A térfogatszázalék jele: a φ%, azonban régebbi keletű jelölésekkel is találkozhatunk. Gyűjtsön össze ezekből minél többet!

100 Műszeres analitika

• tanulói jegyzet

II/14. évfolyam

26. gyakorlat

Minta metanol-, etanoltartalmának meghatározása kalibrációs módszerrel Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat Egyik munkatársa megkéri, vizsgálja meg gázkromatográfon azt a gyümölcspálinkát, amit ő egy vidéki útján ajándékba kapott. A kolléga arra kíváncsi, hogy az ital metanoltartalma nem lépi-e túl a még megengedetett, illetve arra, hogy az ital mennyire „erős”, azaz mennyi az etanoltartalma. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– készítse el a kalibráló oldatokat, végezze el a minta hígítását; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– számítsa ki a pálinka metanol- és etanoltartalmát; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzéséhez rendelkezésére álló idő: 135 perc. A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: az összehasonlító oldatok metanol és etanol koncentrációja arányos a kromatográfiás csúcsterületekkel. A koncentrációk függvényében ábrázolva a csúcsterületeket, kalibrációs egyenesek készíthetők. A kalibrációs egyenesek segítségével a mintára kapott kromatográfiás csúcsterületek alapján a minta metanol és etanol koncentrációi számíthatók. Szükséges anyagok: metanol és etanol, ioncserélt víz. Szükséges eszközök: 50 cm3-es mérőlombikok, 10 μℓ-es Hamilton-fecskendő, egycsatornás állítható térfogatú pipetta 100–1000 μℓ és 1–5 cm3 között, 50 cm3-es főzőpoharak vagy műanyag poharak, a metanol és etanol elválasztására alkalmas gázkromatográf nitrogén vivőgázra állítva, lángionizációs detektor, számítógép, nyomtató. Vizsgálandó minta: személyenként egy névvel ellátott 50 cm3-es mérőlombik. A vizsgálat menete 1. Metanolból és etanolból készítsen hígítással 50 cm3 térfogatú összehasonlító oldatokat! 2. Az első összehasonlító oldat koncentrációja: metanolra 0,20 φ%-os, etanolra 1,0 φ%-os legyen. 3. A második összehasonlító oldat koncentrációja metanolra 2,0 φ%-os, etanolra 7,0 φ%-os legyen. 4. Készítsen a mintából 50 cm3 tízszeres hígítást! 5. A készülékkezelési útmutató alapján helyezze üzembe a gázkromatográfot! 6. 1,0 μℓ-ek beinjektálásával kromatografálja az összehasonlító oldatokat, majd a mintát és a hígított mintát! 7. A készülékkezelési útmutató szerint kapcsolja ki a kromatográfot! 8. Kiértékeli a kromatogramokat, dokumentációt készít. 9. Az elkészített oldatokat és a mintát öntse a hulladékgyűjtőbe, az eszközöket megtisztítva tegye el! Megjegyzés: a munka során használt anyagok közül a metanol mérgező, ezért hígításkor kerülje a belégzést és a bőrrel való érintkezést! Számítások Metanolból és etanolból hígítással 50 cm3 térfogatú összehasonlító oldatokat készít. Az első oldat koncentrációja: metanolra 0,20 φ%-os, etanolra 1,0 φ%-os legyen. A második oldat: metanolra 2,0 φ%-os, etanolra 7,0 φ%-os legyen. Mekkora térfogatokat kell a metanolból és etanolból 50 cm3 térfogatra hígítani?

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 101

Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével); –– a kromatográf beállításai adatait (oszlop, oszlopgeometria, töltet, vivőgáz, detektor, hőmérsékletek); –– táblázatosan a kromatogramokról leolvasható területértékeket; –– a számításokat és a kalibrációs egyeneseket; –– az eredményeket táblázatos formában, így: Metanoltartalom (φ%)

Etanoltartalom (φ%)

Metanoltartalom (φ%)

Etanoltartalom (φ%)

X,XX

XX,X


60%, 20%, 20%.

A szeszesitalok némelyikének metanol tartalmáért a gyümölcsök pektin tartalma felelős. Kémiailag a pektint a heteropoliszacharidok közé sorolják. A pektinben lévő galakturonsavmolekulák gyűrűi részben metiláltak. A metilcsoportok hidrolizálnak, így jelenik meg a metanol. Ezért találkozhatunk metanollal a borban, a gyümölcspálinkákban egyaránt. Gyümölcspálinkáknál az Európai Unió direktívája alapján: a metanol mennyisége nem haladhatja meg az abszolút etanolra vonatkoztatott 1000 g/hl értéket. Mit jelent a heteropoliszacharid gyűjtőfogalom? Nézzen utána, mire használják a pektint? Miből nyerik ki nagy mennyiségben a pektint? Mit jelent az abszolút etanol és a g/hl?



II/14. évfolyam

27. gyakorlat

Minta-oldószertartalom meghatározása belső standard módszerrel Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat Ön egy olajipari nagyvállalat minőségellenőrző laboratóriumában végzi munkáját. Napi rendszerességgel, gázk ro matográffal vizsgál motorbenzineket. Most egy motorbenzin benzol és toluol tartalmát kell meghatároznia belső standard kalibrációval, majd a mérési eredmények birtokában minősítenie kell a motorbenzint. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– készítse el a kalibráló oldatokat, végezze el a minta hígítását; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– számítsa ki a benzin benzol és toluol tartalmát; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 135 perc. A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: a mintához és az összehasonlító oldatokhoz megegyező mennyiségben hozzáadott úgynevezett belső standard csúcsterületével korrigálni lehet a mintabemérésből származó hibát. Szükséges anyagok: benzol, n-dekán, n-hexán, toluol. Szükséges eszközök: 5,0 cm3-es mérőlombikok, 10 és 500 μℓ-es Hamilton-fecskendők, 50 cm3-es főzőpoharak, gázkromatográf, számítógép, nyomtató. Vizsgálandó minta: személyenként egy névvel ellátott 50 mérőlombik. A vizsgálat menete 1. Készítsen 5 cm3 térfogatú összehasonlító oldatokat! Az oldatok összetétele és koncentrációk: Oldat sorszáma

Benzol (φ%)

Toluol (φ%)

n-Dekán (φ%)

1.

0,02

0,02

1,0

2.

0,15

1,0

1,0

3.

0,3

2,0

1,0

2. Készítsen a mintából n-hexán felhasználásával 5 cm , ötszörös hígítású oldatot! Hígítás előtt adagoljon annyi n-dekánt (belső standard) a mintához, hogy annak koncentrációja 1,0 φ% legyen! 3. A készülékkezelési útmutató alapján helyezze üzembe a gázkromatográfot! 4. 0,5 μℓ-ek beinjektálásával kromatografálja az összehasonlító oldatokat, majd a hígított mintát! 5. A készülékkezelési útmutató szerint kapcsolja ki a kromatográfot! 6. Értékelje ki a kromatogramokat, végezze el a számításokat, készítsen dokumentációt! 7. Az elkészített oldatokat és a mintát öntse a hulladékgyűjtőbe, az eszközöket megtisztítva tegye el! 3

Megjegyzés: a benzol mérgező, ezért hígítását csak vegyifülke alatt szabad végezni! Számítások Benzolból és n-dekánból hígítással 5,0 cm3 térfogatú oldatot készít. Az oldat koncentrációját benzolra 0,02 φ%-osra, n-dekánra 1,0 φ%-osra kell beállítania. Mekkora térfogatokat kell az egyes anyagokból 5,0 cm3 térfogatra hígítani?

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 103

Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását, –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével); –– a kromatográf beállításai adatait (oszlop, oszlopgeometria, megosztófolyadék, vivőgáz, detektor, hőmérsékletprogram, lefúvatási arány és lefúvatási üzemmód), –– táblázatosan a kromatogramokról leolvasható területértékeket; –– a számításokat és a kalibrációs egyeneseket; –– az eredményeket táblázatos formában, így: Minta sorszáma

Benzol (φ%)

Toluol (φ%)

1.

X,XX

X,XX

2. Értékelés szempontjai: –– mérés eredménye: –– jegyzőkönyv tartalma, külleme: –– munkavégzés precizitása, önállósága:

60 % 20 % 20 %

A motorbenzinek benzoltartalma az Európai Unióban maximum 1,0 φ% lehet! Régebben ez az érték magasabb is lehetett. A szigorúbb határérték a benzol bizonyított mérgező hatásával függ össze. Az üzemanyagtöltő állomásokon a benzinféleségeket számokkal különböztetik meg. Nézzen utána, mi a számok jelentése és milyen kapcsolatban vannak a benzollal, illetve a benzol homológjaival!



II/14. évfolyam

28. gyakorlat

Minta oldószertartalomának meghatározása addíciós módszerrel Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat A „Hunnia Pharma” gyógyszergyár minőségellenőrző laboratóriumába fogadja és vizsgálja a gyár üzemeiből folyamatosan érkező különféle mintákat. Önnek most egy gyártásközi termék i-propanol tartalmát kell gőztéranalízissel gázkromatográfon kimérnie. Ehhez standard addíciós kalibrációt fog alkalmazni. Analízise eredményén múlik, hogy a vizsgálandó gyártásközi termék i-propanol tartalma a következő gyártási lépésnek megfelel, vagy a termék további szárítására lesz szükség. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– készítse el a mintákat; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– a területértékekből számolja ki a minta anyagtartalmát; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 135 perc. A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: a meghatározandó komponens ismert mennyiségét adjuk a mintához. A mintát és az addícióval növelt koncentrációjú mintát kromatografáljuk. A kromatográfiás csúcsok területéből a meghatározandó anyag mintabeli koncentrációja számítható. Szükséges anyagok: desztillált víz, i-propanol, szalicilsav. Szükséges eszközök: mintatartó a mintához, 10 cm3-es szeptummal ellátott mintatartók, 10 és 500 μℓ-es Hamiltonfecskendők, 500 μℓ-es Hamilton-gázfecskendő, 50 cm3-es főzőpohár, vízfürdő, gázkromatográf, számítógép, nyomtató.

Vizsgálandó minta: névre kiadott mintatartó, 300 mg szalicilsavval. A vizsgálat menete

1. A szalicilsavból kimér 100 mg-okat két darab 10 cm3-es szeptummal ellátott mintatartóba. 2. Az egyikhez hozzáad 1 ml 1 μg/ml koncentrációjú i-propil-alkohol-oldatot. 3. Mindkét mintatartót desztillált vízzel 5 cm3-re tölti. 4. A mintatartókat 60 percre 60 oC-os vízfürdőben helyezi és kondicionálja. 5. A készülékkezelési útmutató alapján üzembe helyezi a gázkromatográfot. 6. 100 μℓ-ek beinjektálásával kromatografálja mindkét minta gőzét. 7. A készülékkezelési útmutató szerint kikapcsolja a kromatográfot. 8. Kiértékeli a kromatogramokat: a leolvasott i-propil-alkoholra vonatkozó csúcsterületekből végezze el a számításokat, készítsen dokumentációt! 9. Az elkészített oldatokat és a mintát öntse a hulladékgyűjtőbe, az eszközöket megtisztítva tegye el! Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével); –– a kromatográf beállításai adatait (oszlop, oszlopgeometria, töltet, vivőgáz, detektor, hőmérsékletek); –– táblázatosan a kromatogramokról leolvasható terület értékeket; –– az eredményeket táblázatos formában! Értékelés szempontjai: –– mérés eredménye: –– jegyzőkönyv tartalma, külleme: –– munkavégzés precizitása, önállósága:

PETRIK TISZK

60%, 20%, 20%.

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 105

A gyógyszeriparban a szennyeződések eltávolítása gyakorta a termék oldószeres mosásával, vagy a termék átkristályosításával történik. Az ehhez használt oldószert azonban a termékből el kell távolítani. Ezt általában szárítással oldják meg. A szárítás után visszamaradó oldószer nyomnyi mennyiségét ellenőrizni kell, így kerülendő el a termék minőségromlását. Nézzen utána, mit jelent a „zöld kémia” fogalma!



II/14. évfolyam

29. gyakorlat

Oszlop minősítése, felbontóképesség és tányérszám mérése Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat Technikusként a gondjaira bízott nagy értékű gázkromatográfot kell időközönként ellenőriznie. Ehhez Ön tesztelegyeket állít össze, amiket kromatografál, majd ennek alapján minősíti a berendezést. A minősítést dokumentálja, ha szükségesnek látja, intézkedik, például kicseréli a szeptum tömítését vagy oszlopot tisztít. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– készítse el a tesztelegyeket; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– a kromatogramról leolvasható adatok birtokában végezze el a szükséges számításokat; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 135 perc. A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét).

A mérés elve: Szükséges anyagok: metanol, etanol, i-propanol, n-propanol, 10 φ%-os etanol. Szükséges eszközök: 50 cm3-es és 100 cm3-es mérőlombikok, egycsatornás állítható térfogatú pipetta 100–1000 μℓ, mintatartó edények, cseppentő, 10 μℓ-es Hamilton-fecskendő, 50 cm3-es főzőpohár, gyorsmérleg, gázkromatográf, számítógép, nyomtató. Vizsgálandó minta: nincs. A vizsgálat menete 1. Öntsön kevés desztillált vizet egy 50 cm3-es mérőlombikba! 2. Mérje össze az 50 ml-es mérőlombikba pipettával és gyorsmérleggel a következő mennyiségeket: 0,35 g metanol, 0,37 g etanol, 0,37 g i-propanol, 0,38 g n-propanol! Desztillált vízzel állítsa jelre a mérőlombikot! 3. Mérjen a 10 φ%-os etanolból 10 cm3-t egy 100 cm3-es mérőlombikba, desztillált vízzel állítsa jelre a mérőlombikot! 4. A készülékkezelési útmutató alapján helyezze üzembe a gázkromatográfot! 5. 1,0 μℓ beinjektálásával, kromatografálja az oldószereket tartalmazó tesztelegyet! 6. 1,0 μℓ beinjektálásával egymást követően ötször, kromatografálja az etanolt tartalmazó tesztelegyet! 7. A készülékkezelési útmutató szerint kapcsolja ki a kromatográfot! 8. Értékelje ki a kromatogramokat, végezze el a számításokat, készítsen dokumentációt! 9. Az elkészített oldatokat és a mintát öntse a hulladékgyűjtőbe, az eszközöket megtisztítva tegye el! Megjegyzés: a munka során használt anyagok közül a metanol mérgező, ezért hígításkor kerülje a belégzést és a bőrrel való érintkezést! Számítások

RS = 2 ⋅

tr2 − tr1

w1 + w2

t N = 16 · r w

2

L HETP = N

RSD =

S _

_

S=

∑ ( xi − x)2 n −1

⋅100

x

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 107

Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével); –– a kromatográf beállításai adatait (oszlop, oszlopgeometria, töltet, vivőgáz, detektor, hőmérsékletek); –– közölje táblázatosan a kromatogramokról leolvasható retenciós időket; –– az eredményeket táblázatos formában közölje, például így: Anyag

Retenciós idő (perc)

Csúcsszélesség (perc)

Rs

N

HETP (mm)

Metanol

0,678

0,11

Etanol

1,026

0,18

2,40 (nagyobb 1,5-nél)

i-Propanol

3,456

0,42

1083

0,923

n-Propanol

4,028

0,52

985

1,01

Etanol csúcsterület 1.

23 508

2.

23 811

3.

22 873

4.

23 345

5.

23 607


60%, 20%, 20%.

A kromatográfiás elválasztások pontosságát befolyásoló tényezők sokfélék lehetnek, adódnak a módszerből, illetve az alkalmazott technika állapotából. Ahhoz, hogy a kromatográfiás berendezés elvárható pontossággal dolgozzon, az összes működését befolyásoló tényezőt ismernünk kell, és ezek mindegyikét kézben kell tartani. Az elméletből tanultak alapján, és a műszerek bemutatásakor elhangzottak alapján következtessen azokra a tényezőkre, amik befolyásolják a gázkromatográfiás elválasztást!



II/14. évfolyam

30. gyakorlat

Minta összetevőinek azonosítása tömegspektrometriás detektorral Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat A mintából kromatográfiásan szelektált alkotók tömegspektrumuk alapján azonosíthatók. Környezeti mintákból például sok, az egészségre és a környezetre is veszélyes molekula kényelmesen azonosítható lesz. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– a kromatogramról leolvasható adatok birtokában végezze el a szükséges számításokat; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 135 perc. A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: a minta kromatogramja. Szükséges anyagok: hélium. Szükséges eszközök: 10 μℓ-es Hamilton-fecskendő, tömegspekrometriás detektorra csatolt gázkromatográf, számítógép, nyomtató. Vizsgálandó minta: mintatartóban kiadott minta. A vizsgálat menete 1. A készülékkezelési útmutató alapján helyezze üzembe a gázkromatográfot! 2. 1,0 μℓ beinjektálásával, kromatografálja a mintát! 3. Értékelje a kromatogramot, azonosítsa az alkotókat! 4. A készülékkezelési útmutató szerint kapcsolja ki a kromatográfot! 5. Készítse el a dokumentációt! Dokumentálás szempontjai: Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– az eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével); –– a kromatográf beállításai adatait (oszlop, oszlopgeometria, töltet, vivőgáz, detektor, hőmérsékletek); –– az azonosított alkotókat! Értékelés szempontjai: –– mérés eredménye: –– jegyzőkönyv tartalma, külleme: –– munkavégzés precizitása, önállósága:

PETRIK TISZK

60%, 20%, 20%.

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 109

31. gyakorlat

Minta anion-összetételének azonosítása Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat A palackozott természetes ásványvizekre vonatkozó elírásokat a 65/2004. (IV. 27.) FVM-EszCsM-GKM együttes rendelet tartalmazza. A rendelet 7. § (10) bekezdése alapján tilos az ugyanazon forrásból (kútból) származó természetes ásványvizet egynél több kereskedelmi név alatt forgalomba hozni. Az Ön feladata, hogy vízminták anion tartalmát ionkromatográfásan kimutassa, majd valószínűsítse a minták azonosságát vagy különbözőségét. Ha a kromatogramok alapján azonosságot feltételez, kezdeményezi a minták további vizsgálatát. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– a retenciós adatatok alapján, döntsön a minták azonosságáról; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 135 perc. A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: a mintában lévő anionok az ioncserélő tulajdonságú állófázishoz eltérő ionerősségük miatt különböző mértékben kötődnek, ezért eluálódáskor egymástól elkülönülnek. A minták kromatogramjainak összehasonlításával az esetleges mintaazonosság eldönthető. Szükséges anyagok: anionok elválasztására alkalmas eluens, desztillált víz. Szükséges eszközök: 100 cm3-es mérőlombikok, 10 cm3-es hasas pipetta, műanyag mintatartók, 500 μl-es tompa végű Hamilton-fecskendő, membránszűrő (0,4 μm-es), HPLC-IC berendezés, számítógép, nyomtató, hűtőszekrény. Vizsgálandó minta: kiadott vízminták. A vizsgálat menete 1. Készítsen a vízmintákból desztillált vízzel 100 cm3 tízszeres hígítású oldatokat! 2. A készülékkezelési útmutató alapján helyezze üzembe a folyadékkromatográfot! 3. Szűrje a vízmintákat membránszűrőn! 4. Kromatografáljon a mintákból 20 μℓ-eket! 5. A készülékkezelési útmutató szerint kapcsolja ki a kromatográfot, a mintákat tegye vissza a hűtőszekrénybe, az eszközöket megtisztítva tegye el! 6. A kromatogramok összehasonlításával döntse el az esetleges egyezőséget! Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével); –– a kromatográf beállításai adatait (oszlop, oszlopgeometria, töltet, eluens összetétel, detektor, hőmérséklet); –– táblázatosan a kromatogramokról leolvasható retenciós időket és jelölje az azonosságokat! Értékelés szempontjai: –– mérés eredménye: –– jegyzőkönyv tartalma, külleme: –– munkavégzés precizitása, önállósága:



60%, 20%, 20%.

II/14. évfolyam

Élelmiszereknél a műszeres vizsgálatok mellett fontosak az úgynevezett érzékszervi vizsgálatok (tesztek) is. A teszteket kiképzett személyekkel végeztetik, meghatározott körülmények között, szigorú vizsgálati terv alapján. A különféle szempontok szerint (például íz, illat, állag, stb.) elvégzett érzékszervi vizsgálatok eredményét a tesztelők pontozótáblán értékelik (például 0-tól 5-ig). A pontozásból készített összesítések alapján a vizsgált élelmiszerek rangsorolhatók lesznek. Nézzen utána az ásványvíz fogalmának! Milyen feltételeknek kell megfelelnie egy víznek ahhoz, hogy ásványvízként kerülhessen forgalomba?

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 111

32. gyakorlat

Minta aniontartalmának meghatározása kalibrációs módszerrel Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat Ön egy hatósági vízvizsgáló laboratórium munkatársa, ahol kistérségek vízellátását biztosító víznyerőkből származó kútvizeket analizálnak. A mintavételezés és vizsgálat időre, helyszínre előre tervezett, folyamatos. A beérkező mintákat a laboratórium részlegei a Magyar Szabvány előírási szerint vizsgálják, de saját vizsgálati módszereket is alkalmaznak. A nitráttartalomra például ionkromatográfiásan vizsgálnak. Most ezt a vizsgálatot kell végrehajtania. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– készítse el a kalibráló elegyeket; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– a kromatogramok alapján, számítsa ki a minta nitráttartalmát; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 135 perc. A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: az összehasonlító oldatok nitrátkoncentrációja arányos a kromatográfiás csúcsok területével, amikből kalibrációs egyenes készíthető. A kalibrációs egyenes alapján a minta nitrátkoncentrációja számítható. Szükséges anyagok: kálium-nitrát, anionok elválasztására alkalmas eluens, desztillált víz. Szükséges eszközök: 100 cm3-es mérőlombikok, 10 cm3-es hasas pipetta, bemosótölcsér, műanyag mintatartók, 500 μl-es tompa végű Hamilton-fecskendő, membránszűrő (0,4 μm-es), HPLC-IC berendezés, számítógép, nyomtató, analitikai mérleg. Vizsgálandó minta: bead egy felcímkézett, tiszta 100 cm3-es mérőlombikot. A vizsgálat menete 1. Desztillált vízzel 100 cm3 térfogatú törzsoldatot készít kálium-nitrátból. Az oldat nitrátkoncentrációja 1,00 mg/cm3 legyen. 2. A törzsoldat hígításával háromtagú, 100 cm3 térfogatú összehasonlító oldatsorozatot készít a következő koncentrációkkal: Sorszám

Nitrát (mg/ cm3)

1.

10

2.

50

3.

90

3. A készülékkezelési útmutató alapján helyezze üzembe a folyadékkromatográfot! 4. Szűrje a vízmintákat membránszűrőn! 5. Kromatografáljon a mintákból 20 μℓ-eket! 6. A készülékkezelési útmutató szerint kapcsolja ki a kromatográfot! 7. A kromatogramok kiértékelésével készítsen kalibrációs egyenest! 8. A kalibrációs egyenes alapján adja meg a minta nitrátkoncentrációját! 9. Öntse az oldatokat a hulladékgyűjtőbe, az eszközöket tisztán tegye el! Számítások Hány gramm kálium-nitrátot kell bemérni az 1,00 mg/cm3 koncentrációjú, 100 cm3 térfogatú nitrát tartalmú törzsoldatot elkészítéséhez?



II/14. évfolyam

Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével); –– a kromatográf beállításai adatait (oszlop, oszlopgeometria, töltet, eluens összetétele, detektor, hőmérsékletek); –– a merés eredményét! Értékelés szempontjai: –– mérés eredménye: –– jegyzőkönyv tartalma, külleme: –– munkavégzés precizitása, önállósága:

60%, 20%, 20%.

A csecsemők szervezetében a nitrát nitritté redukálódik, ez a véráramba kerülve a hemoglobinhoz kötődik, és veszélyes oxigénhiányos állapotot vált ki.

Nézzen utána a vizekre vonatkozó, pillanatnyilag érvényes, nitrát határértékeknek!

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 113

33. gyakorlat

Minta szalicilsav-tartalmának meghatározása, kalibrációs módszerrel Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat A „Hulló falevelek” nevű őszi fogyasztóvédelmi akció keretében akkreditált kromatográfiás laboratóriumát az arcbőr fertőtlenítésére, a nemkívánatos pattanások eltüntetésére forgalmazott szalicilsav-tartalmú tonikok vizsgálatával bízza meg az illetékes főhatóság. Eldöntendő, hogy a készítmények tartalmazzák-e azt a szalicilsav mennyiséget, ami elegendő a kívánatos hatás eléréséhez. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– készítse el a kalibráló oldatokat; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– a kromatogramok alapján, számítsa ki a minta szalicilsav tartalmát; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 135 perc. A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: az összehasonlító oldatok szalicilsav koncentrációja arányos a kromatográfiás csúcsok területével, amikből kalibrációs egyenes készíthető. A kalibrációs egyenes alapján a minta szalicilsav-koncentrációja számítható. Szükséges anyagok: szalicilsav, acetonitril, desztillált víz. Szükséges eszközök: 1000 cm3-es és 100 cm3-es mérőlombikok, büretta, műanyag mintatartó, precíziós mérleg, bemosótölcsér, ultrahangos mosó, RP18-HPLC, számítógép, nyomtató. Vizsgálandó minta: bead egy felcímkézett, tiszta 100 cm3-es mérőlombikot. A vizsgálat menete 1. Desztillált vízzel 1000 cm3 térfogatú 0,100 mg/cm3 koncentrációjú szalicilsav törzsoldatot készít. Az oldáshoz használjon ultrahangos mosót. 2. A törzsoldat hígításával háromtagú, 100 cm3 térfogatú összehasonlító oldatsorozatot készít a következő koncentrációkkal: Sorszám

Szalicilsav (mg/cm3)

1.

10

2.

20

3.

30

3. A készülékkezelési útmutató alapján helyezze üzembe az RP18-HPLC készüléket! 4. Szűrje a mintát és az összehasonlító oldatokat membránszűrőn! 5. Kromatografáljon az oldatokból és a mintából 20 μℓ-eket! 6. A készülékkezelési útmutató szerint kapcsolja ki a kromatográfot! 7. A kromatogramok alapján készítsen kalibrációs egyenest! 8. A kalibrációs egyenes alapján adja meg a minta szalicilsav-tartalmát mg/100 cm3-ben kifejezve! 9. Öntse az oldatokat a lefolyóba, az eszközöket tisztán tegye el! Számítások Egy minta szalicilsav-tartalma 12,4 mg/dm3. Mennyi a minta mg/100 cm3-ben kifejezett szalicilsav koncentrációja?



II/14. évfolyam

Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével); –– a kromatográf beállításai adatait (oszlop, oszlopgeometria, töltet, eluens összetétele, térfogatáram, detektor); –– táblázatosan a kromatogramokról leolvasható területértékeket; –– a kalibrációs egyenest; –– az eredményt mg/100 cm3-ben kifejezve! Értékelés szempontjai: –– mérés eredménye: –– jegyzőkönyv tartalma, külleme: –– munkavégzés precizitása, önállósága:

60%, 20%, 20%.

A szalicilsav a természetben is előforduló anyag, nagy mennyiségben a fűzfa kérgében fordul elő, innen ered a neve, Salix latinul fűzfa. Univerzális anyag, mert a növényekben, mint fitohormon, és fagyállóságot növelő hatású anyagként van jelen. Ismeretes láz- és fájdalomcsillapító hatása, illetve kiváló bőrgyógyító pattanásra, korpára, szemölcsre, tyúkszemre. Mit jelent a fitohormon kifejezés? Mit tud az acetil-szalicilsavról?

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 115

34. gyakorlat

Parabeneket tartalmazó minta parabentartalmának meghatározása, kalibrációs módszerrel Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat Ön a „Red-Skin Corporation” kozmetikai szereket gyártó és forgalmazó észak amerikai multinacionális vállalat magyarországi leányvállalatánál dolgozik. Mivel cége Európa fő gyártója és ellátója, fokozottan figyelnek termékeik minőségére. Most egy kézkrémet kell bevizsgálni, amiből a parabenek mennyiségét kell meghatároznia. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– készítse el a kalibráló oldatokat; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– a kromatogramok alapján, számítsa ki a minta paraben tartalmát; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 135 perc. A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: az összehasonlító oldatok parabenkoncentrációja arányos a kromatográfiás csúcsok területével, ezekből kalibrációs egyenes készíthető. A kalibrációs egyenes alapján a minta parabenkoncentrációja számítható. Szükséges anyagok: metil-paraben, etil-paraben, i-propanol, acetonitril, desztillált víz. Szükséges eszközök: 200 cm3-es és 100 cm3-es mérőlombikok, büretta, műanyag mintatartó, analitikai mérleg, bemosótölcsér, ultrahangos mosó, RP18-HPLC, számítógép, nyomtató. Vizsgálandó minta: bead egy felcímkézett, tiszta 100 cm3-es mérőlombikot. A vizsgálat menete 1. Készítsen 200 cm3 0,10 mg/cm3 metil-paraben és 200 cm3 0,10 mg/cm3 etil-paraben-törzsoldatokat! 2. A bemért parabeneket i-propanolban oldja, a lombikokat desztillált vízzel állítsa jelre! 3. Készítsen 100 cm3 térfogatokkal háromtagú oldatsorozatot, az oldatokat desztillált vízzel állítsa jelre: Sorszám

Metil-paraben (mg/ℓ)

Etil-paraben (mg/ℓ)

1.

10

5

2.

15

10

3.

20

15

4. A készülékkezelési útmutató alapján helyezze üzembe az RP18-HPLC készüléket! 5. Szűrje a mintát és az összehasonlító oldatokat membránszűrőn! 6. Kromatografáljon az oldatokból és a mintából 20 μℓ-eket! 7. A készülékkezelési útmutató szerint kapcsolja ki a kromatográfot! 8. A kromatogramok alapján mindkét anyagra készítsen kalibrációs egyenest! 9. A kalibrációs egyenes alapján adja meg a minta metil- és etil-paraben tartalmát mg/ℓ-ben kifejezve! 10. Öntse a mintákat a lefolyóba, az eszközöket tisztán tegye el! Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket, műszereket (típusuk megjelölésével); –– a kromatográf beállításai adatait (oszlop, oszlopgeometria, töltet, eluens összetétele, eluens áramlási sebessége, detektor); –– táblázatosan a kromatogramokról leolvasható terület értékeket; –– a kalibrációs egyeneseket; –– a mérés eredményét táblázatosan!



II/14. évfolyam


60%, 20%, 20%.

A parabeneket (metil-, etil-, propil-, i-propil-, butil-) fertőtlenítő hatásuk révén, kozmetikai szerek összetevőjeként alkalmazzák.

Nézzen utána a parabenek élettani hatásának!

PETRIK TISZK

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 117

35. gyakorlat

Minta aminosav összetételének azonosítása Név, osztály: ........................................................................................

Mérés dátuma: .......................................

Feladat Ön egy élelmiszerek, és táplálék kiegészítők vizsgálatával foglalkozó akkreditált laboratóriumban dolgozik. Megbízzák a „Brutal body” márkanevű, aminosavakat tartalmazó testépítőszer bevizsgálására. A felkérés oka, hogy a megbízónak gyanússá vált a készítmény összetétele. A szert huzamosabb ideje használja, ennek ellenére sem tapasztalja a szer címkéjén feltüntetett hatást. A címkén a következő összetétel található: arginin, fenil-alanin, glutamin, lizin, metion, tirozin. Az Ön feladata eldönteni azt, hogy az aminosavak közül melyek találhatók meg a szerben. Az információs lapon leírtaknak megfelelően: –– készítse elő a szükséges anyagokat, eszközöket; –– készítse el a vékonyréteget; –– végezze el a gyakorlati feladatot; –– értékelje ki a vékonyréteget; –– készítse el a dokumentációt!

INFORMÁCIÓS LAP A gyakorlat elvégzésére rendelkezésére álló idő: 135 perc. A beadás határideje: legkésőbb a következő alkalom (általában a következő hét). A mérés elve: a rétegre cseppentett aminosavak a futtatószerrel előrehaladva, eltérő adszorpciójuk miatt, egymástól elválnak. Színessé tételük után az aminosavakat az azonosan futtatott standard aminosav foltokhoz hasonlítva az Rf értékek alapján határozzuk meg. Szükséges anyagok: L-arginin, L-fenil-alanin, L-glutamin, L-lizin, L-metion, L-tirozin. 0,1 m%-os i-propanollal stabilizált standard oldatai, i-propanol, etanol, víz 8:1:1 arányú elegye, ninhidrin 0,5%-os etanolos oldata. Szükséges eszközök: 20 × 20 cm-es Kiselgel vékonyréteg, vonalzó, puha, hegyes grafitceruza, 10 μℓ-es mikropipetta vagy 10 μℓ-es tompa végű Hamilton-fecskendő, hajszárító, vegyifülke, számítógép, síkágyas szkenner, nyomtató. Vizsgálandó minta: személyenként egy névvel ellátott mintatartó beadandó. A vizsgálat menete 1. A réteg aljától számítva 2–3 cm-re ceruzával vékonyan kijelöli a startvonalat. Bejelöli a felcseppentések helyeit, egymáshoz és a szélekhez mérten arányosan. 2. A standardokból és a mintából, több részletben, állandó szárítás mellett, 5–5 μℓ-eket cseppent a rétegre. A foltok átmérője a 2–3 mm-t ne haladják meg. 3. A réteget a futtatókádba helyezi, a kádat lefedi. A futtatást a front teljes kifejlődéséig engedi, ez a felső réteg felső szélétől számított néhány centiméteres távolságot jelenti. 4. A réteget vegyifülkébe fekteti, hajszárítóval megszárítja. 5. A réteget szintén vegyifülkében, függőlegesre állítja, ninhidrin oldatával lepermetezi. 6. Az előhívott réteglapot szkenneli, kinyomtatja. 7. Meghatározza az Rf értékeket. Megállapítja a minta aminosav-összetételét. Számítások

Rf =



a b

II/14. évfolyam

Dokumentálás szempontjai Közölje: –– a mérés elvét, vázlatos leírását; –– a szükséges anyagokat az R- és S-mondatokkal; –– a szükséges eszközöket; –– a mért távolságokat és a számított Rf értékeket, így: L-arg

L-phe

a (cm)

1,3

3,7

b (cm)

18,5

18,7

Rf

0,0702

0,198

L-glu

L-lis

L-met

L-tir

–– a vizsgálat eredményét, így: Minta jele, meg- L-arg nevezése

L-phe

L-glu

L-lis

L-met

L-tir

Például: 1. minta

–

+

+

–

+

+

Magyarázat: + = van, – = nincs. Rövidítések jelentése: arg = arginin, phe = fenilalanin, glu = glutamin, lis = lizin, met = metionin, tir = tirozin. Értékelés szempontjai: –– mérés eredménye: –– jegyzőkönyv tartalma, külleme: –– munkavégzés precizitása, önállósága:

PETRIK TISZK

60%, 20%, 20%.

TÁMOP-2.2.3-07/1-2F-2008-0011 119

Nemzeti Fejlesztési Ügynökség ÚMFT infovonal: 06 40 638 638 [email protected] • www.nfu.hu

Moduláris korszerű szakmai gyakorlatok vegyipari területre

Recommend Documents